DE2732136A1

DE2732136A1 - Behandlung von geschmolzenem metall

Info

Publication number: DE2732136A1
Application number: DE19772732136
Authority: DE
Inventors: Richard Wayne Amos; George Dimou; John Baldwin Flood; Frederick Eugene Kara; Kirk Douglas Miller
Original assignee: Ivacan Inc
Current assignee: Ivacan Inc
Priority date: 1977-01-18
Filing date: 1977-07-15
Publication date: 1978-07-20
Also published as: US4299624A; DE2732136C2; GB1598933A; US4199353A; FR2377452B1; CA1096179A; GB1598932A; FR2377452A1; GB1598931A; US4296920A

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. H.Weickmann, Dipl-Phys. Dr.K.Fincke

Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber Pf,.Ina. H. Liste

3857-35 "D" I MÜNCHEN 16, DEN

POSTFACH 860120 MDHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 9t 39 21/22

CANRON LIMITED, Montreal, Quebec, Kanada 1 Place Vllle Marie

Behandlung von geschmolzenem Metall

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung von Gußeisen mit Magnesium unter Bildung von sphärolltlschem Gußeisen, bei dem eine Kapsel aus hitzebeständigem Material, die, mit Ausnahme von kalibrierten, begrenzten Zugangsdurchgängen, geschlossen ist und das Magnesium enthält, in ein Bad aus geschmolzenem Metall in einer: großen, vertikalen Pfanne eingetaucht wird bzw. gestoßen wird, während die letztere von einem Abzug bzw. einer Haube abgedeckt wird, so daß die entstehende, heftige Reaktion aufgefangen wird. Ein Hebemechanismus erniedrigt und hebt die Haube und die Kapsel und taucht die Kapsel ein und entnimmt sie, während die Haube die Pfanne bedeckt. Der Mechanismus umfaßt einen Tauchstab , der die Kapsel trägt, und eine Einrichtung, mit der der Stab in einer fixierten bzw. stationären, radialen Stellung relativ zu seiner Achse gehalten wird, und gegenüber den Reaktionskräften in seiner Stellung gehalten wird.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einführung flüchtiger Zusatzstoffe in ein geschmolzenes Metall. Sie betrifft insbesondere die Behandlung von geschmolzenem Eisen mit Magnesium unter Bildung von sphärolithlschem Elsen.

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Die Erfindung betrifft ebenfalls eine für das Verfahren geeignete Vorrichtung.

Wegen der explosiven Umsetzung zwischen reinem Magnesium und geschmolzenem Elsen versucht man bei den meisten Behandlungen zur Herstellung von sphärollthischem Elsen bzw. Gußeisen, die Reaktion zu zähmen, Indem man Magnesiumlegierungen verwendet oder den Kontakt des geschmolzenen Eisens mit dem Magnesium verzögert.

Bei einer technischen Lösung, bei der reines Magnesium verwendet werden soll, hat man versucht, einen speziellen, kippbaren Konverter in einem Gefäß mit feuerfesten Wänden für das Magnesium, das in eine seiner Seiten eingebaut ist, zu verwenden. Das Magnesium wird in die Kammer durch eine verschließbare Zugangsöffnung durch die Wand und die feuerfeste Auskleidung des Reaktionsgefäßes gebracht. Durchgänge von der Kammer zu dem Inneren des Konverters ermöglichen einen Eintritt des geschmolzenen Eisens und das Entweichen der Reaktionsprodukte in die Hauptmasse aus geschmol· zenem Eisen. Wenn das Magnesium zugeführt werden soll, wird der Konverter auf seine Seite gekippt, so daß die Kammer über dem Niveaus des Metalls ist. Bei der Durchführung der Behandlung wird das Reaktionsgefäß In senkrechte Stellung gekippt, wodurch die Kammer überflutet wird. Die Stellung der Eingangsund Entweichungsöffnungen sollen eine kontrollierte Strömung des Metalls in und durch die Kammer ermöglichen,und eine gleichmäßige und wirksame Elsen-Magnesium-Reaktion sollte ablaufen, bei der hohe Wiedergewinnungen möglich sind.

Dieses Verfahren besitzt den Nachteil, daß ein Spezialkonverter erforderlich ist, bei dem die feuerfeste Wand durch die Beschickungsöffnung unterbrochen ist. Der Konverter muß weiterhin zwischen der aufrechten und der gekippten Stellung und wieder zurück während jedes Beschickungszyklus manipuliert werden. Weiterhin wird der Zugang beim Reinigen

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der Eingangs- und Auslaßöffnungen durch die Magnesiumkammer, die einen Teil des Reaktionsgefäßes bildet, behindert.

Gegenstand der Erfindung ist ein neues Verfahren zur Einführung von Magnesium in geschmolzenes Eisen, bei dem die Nachteile der bekannten Verfahren vermieden werden und bei dem bestimmte positive Vorteile erzielt werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Masse bzw. ein Körper aus geschmolzenem Eisen, das in sphärolithisches Gußeisen überführt werden soll, in eine vertikal verlängerte Schmelzbegrenzungszone, die normalerweise gegenüber der Atmosphäre geöffnet ist, gebracht. Die Schmelzbegrenzungszone kann durch eine Pfanne des Standardtyps dargestellt werden. Eine vertikal bewegbare Reaktionszone ist vorgesehen, die begrenzte Zugangs- und Ausgangseinrichtungen enthält, in die das Magnesium gegeben wird. Diese Zugangseinrichtung umfaßt eine untere begrenzte Durchgangseinrichtung am Boden der Reaktionszone und bevorzugt eine obere begrenzte Durchgangseinrichtung zu der Reaktionszone, die entfernt von der unteren Durchgangseinrichtung in Richtung nach oben angebracht ist. Reines Magnesium in fester Form wird in die Reaktionszone in einer Menge gebracht, die ausreicht, das Eisen zu behandeln. Die Reaktionszone wird dann in die Schmelzbegrenzungszone über dem geschmolzenen Metall eingebracht, und dann wird der obere Teil der Schmelzbegrenzungszone bedeckt. Während die Schmelzbegrenzungszone stationär ist, wird die Reaktionszone vertikal und zentral nahe am Boden des geschmolzenen Eisens eingetaucht bzw. hineingestoßen. Das sie umgebende Eisen fließt in die Reaktionszone durch die Durchlaßeinrichtungen und ist in direktem Kontakt mit dem Magnesium, wodurch eine heftige Eisen-Magnesium-Reaktion stattfindet. Der in der Reaktionszone erzeugte Dampfdruck bewirkt, daß das Magnesium durch die Durchgangseinrichtung in das geschmolzene Eisen in einer Rate entweicht, die durch die Größe der Durchgangseinrichtungen bestimmt wird. Die heftige Reak-

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tion verursacht eine extreme Turbulenz Innerhalb der Schmelzbegrenzungszone und die Bedeckung des oberen Teils verhindert ein massives Entweichen und begrenzt das Verspritzen (slopping) Nachdem die Umsetzung beendigt ist, wird die Schmelzbegrenzungszone aufgedeckt, die Reaktionszone daraus entfernt und das behandelte Eisen aus der Pfanne entfernt.

Bevorzugt ist die Reaktionszone die Kammer einer Kapsel mit einer Wand aus einem wärmebeständigen Material mit kalibrierten bzw. geeichten Eingangs-AusgangsÖffnungen begrenzter Größe. Die Kapsel ist mit einem Eintauchmechanismus verbunden, der in Verbindung mit einer vertikal bewegbaren Schutzhaube zum Bedecken der Pfanne betrieben wird.

Bevorzugt wird vor einem Produktionsversuch, wie oben beschrieben, ein Anfahrverfahren durchgeführt. Dies erfolgt, indem man in die Kapsel eine geringe Menge Magnesium und Schmelzmittel zugibt und sie in das Eisen bei der Betriebstemperatur eintaucht. Eine Magnesium-Eisen-Reaktion mit beschränkter Stärke findet statt, und die Kapsel wird auf die Betriebstemperatur erhitzt. Sie ist dann für die Produktionsversuche fertig.

Erfindungsgemäß ist die relativ kontinuierliche Erzeugung von sphärolithischem Eisen möglich, indem man eine Reihe von Pfannen, die geschmolzenes Eisen enthalten, unter den Eintauchmechanismus, eine nach der anderen, bewegt. Während des Behandlungszyklus mit der Kapsel in zurückgezogener Stellung, die auf die vorherige Behandlung folgt, werden die Durchgänge gesäubert und der Zusatzstoff eingefüllt. Während dies erfolgt, wird die nächste Pfanne unter den Eintauchmechanismus gebracht. Die Haube des Eintauchmechanismus wird dann herabgelassen, so daß sie den oberen Teil der Pfanne bedeckt und gleichzeitig wird die Kapsel in die Pfanne bis über das geschmolzene Metall heruntergelassen bzw. erniedrigt.

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Die Kapsel wird dann In das geschmolzene Metall eingetaucht, so daß die Metall-Zusatzstoff-Reaktion abläuft. Wenn die Umsetzung beendigt 1st, wird die Kapsel aus dem geschmolzenen Metall entnommen und die Kapsel und die Haube werden durch den Aufzugmechanismus hochgehoben. Die Pfanne wird entfernt und durch eine neue Pfanne ersetzt und der Zyklus wird wiederholt.

Erfindungsgemäß ist es möglich, reines Magnesium als Zusatzstoff zu verwenden, obgleich eine heftige Reaktion auftritt. Die wärmebeständige Kapsel wird bevorzugt aus einem nichtmetallischen, nichtbenetzenden Material, bevorzugt Graphit, hergestellt. Die Kapsel besitzt eine zylindrische Seitenwand, die mit dem oberen Teil des nichtmetallischen Eintauchstabs verbunden ist und wird am Boden von einer Wand verschlossen, die an der Seitenwand eine Fortsetzung bildet und die eine Öffnung besitzt, die den unteren Zutrittsdurchgang darstellt, und eine Innenoberfläche oder einen Boden, der sich In Richtung auf die öffnung neigt. Der obere Zufuhrdurchgang 1st eine öffnung durch die zylindrische Seltenwand, räumlich entfernt vom oberen Teil angebracht. Ein bevorzugter Mechanismus umfaßt eine Einrichtung zur Einstellung und zum Halten des Eintauchstabs in fixierter, radialer Stellung relativ zu seiner Achse, so daß die Beschickungsöffnung für die Beschickung zweckdienlich angebracht 1st. Es ist weiterhin eine Einrichtung vorgesehen, um den Eintauchstab gegenüber einer lateralen Bewegung, die durch die Reaktionskräfte erzeugt wird, zurückzuhalten.

Bei der Behandlung von Gußeisen mit Magnesium zur Herstellung von sphärollthischem Gußeisen gibt es für die Kapsel bestimmte, bevorzugte Parameter. Das Kammervolumen in der Kapsel sollte mindestens 1311 cm⁵(80 cub.in.)/0,454 kg (pound) eingefülltes Magnesium betragen. Die Höhe der Pfanne sollte mindestens das 3fache ihrer lateralen Dimension

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betragen. Die Tiefe des Eisens in der Pfanne sollte mindestens das 1 1/2fache der lateralen Dimension der Pfanne betragen. Die Tiefe des Eisens über dem oberen Durchgang in der Pfanne sollte mindestens 38,1 cm (15 in.) betragen. Der Abstand zwischen den Wänden der Kapsel und der Pfanne sollte mindestens 12,7 cm betragen. (5 in.). Die Kapsel sollte zwischen 2,54 und 6,35 cm (1 bis 2 1/2 in.) vom Boden der Pfanne entfernt angebracht sein. Der gesamte Querschnitt der Durch-

2 gänge in der Kapsel sollte im Bereich von 12,9 bis 32,3 cm (2 bis 5 sq.in.) liegen, wobei ein einzelner Durchgang einen maximalen Querschnitt von etwa 19,35 cm (3 sq.in.) aufweisen sollte.

Es ist ein Merkmal der vorliegenden Erfindung, zusammen mit der Kapsel Magnesiumstäbe zu verwenden, die bevorzugt durch die obere Beschickungsöffnung in der Kapselwand eingebracht werden. Die Stäbe fallen auf den geneigten Boden der Kapsel und bilden einen Stapel, wobei die Abstände zwischen den Stäben einen schnellen Kontakt mit dem geschmolzenen Metall ermöglichen. Es ist bevorzugt, daß die Beschickungsöffnung gerade groß genug ist, daß der Stab eingeführt werden kann, daß er jedoch nicht eingeführt werden kann, wenn die öffnung blockiert ist.

Die Produktionsrate für die Behandlung des Gußeisens mit Magnesium nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kann im Bereich bis zu so viel wie 40 Tauchungen/h liegen, einschließlich des Füllens der Pfanne mit geschmolzenem Eisen, Herunterlassen der Pfanne auf eine Lore, Bewegen der Lore, um die Pfanne in die Behandlungsstellung unter dem Eintauchmechanismus zu bringen, Beladen der Kapsel, Prüfen und Reinigung der Kapseldurchgänge, sofern erforderlich, Herunterlassen der Haube auf den Kopfteil bzw. oberen Teil der Pfanne, Eintauchen der Kapsel, Halten der Kapsel im geschmolzenen Metall während der Umsetzung, Herausnehmen der Kapsel aus dem ge-

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schmolzenen Metall, Hochziehen der Haub und der Kapsel und Entfernen der Pfanne aus der Behandlungsstelle, so daß sie durch eine andere ersetzt werden kann.

Ein bevorzugter Temperaturbereich für das geschmolzene Eisen beträgt 1371 bis 1510⁰C (2500 bis 2750°F), wobei ein bevorzugter Bereich 1416 bis 1427°C (2580 bis 260O⁰F) beträgt.

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens umfaßt einen Aufzugsmechanismus für die Haube zum Bedecken der Pfanne und einen damit in Beziehung stehenden Eintauchmechanismus für die Kapsel. Die Haube für das Bedecken der Pfanne und die Kapsel fUr das Magnesium sind mit dem Aufzugsmechanismus für getrennte Auf- und Abwärtsbewegung verbunden. Der Eintauchstab erstreckt sich durch eine zentrale Öffnung in der Haube für eine Bewegung relativ dazu durch den Aufzugsmechanismus. Die Haube kann so in Bedeckungskontakt mit dem oberen Teil der Pfanne, die das geschmolzene Eisen enthält, herabgelassen werden, und die Kapsel kann gleichzeitig in die Pfanne über dem geschmolzenen Metall herabgelassen werden, und dann kann der Graphitstab schnell relativ zu der Haube herabgelassen werden, so daß die Kapsel in das geschmolzene Metall eintaucht, und wenn diese Umsetzung beendigt ist, können diese Bewegungen umgekehrt werden.

Anhand der beigefügten Zeichnungen werden bevorzugte erfindungsgemäße AusfUhrungsformen näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 einen Seitenaufriß, teilweise im Schnitt, des Eintauchmechanismus in einer Stellung, in der die Kapsel und die Haube sich über der das zu behandelnde Eisen enthaltenden Pfanne befinden;

Fig. 2 ist eine ähnliche Ansicht, in der der Eintauchmechanismus mit der Kapsel und der Haube in der "Behandlungs¹¹-Stellung dargestellt ist;

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Fig. 3 einen vergrößerten, unvollständigen, horizontalen Querschnitt längs der Linie 3-3 von Fig. 1;

Fig. 4 einen vergrößerten, detaillierten, vertikalen Querschnitt, teilweise im Aufriß, durch die Teile, die die Kapsel mit dem Eintauchbeschickungsstab verbinden und sie in ihrer Lage halten;

Fig. 5 eine Ansicht von oben einer bevorzugten Kapselform;

Fig. 6 einen Seitenaufriß, teilweise im Schnitt, der Kapsel von Fig. 5;

Fig. 7 einen Querschnitt längs der Linie 7-7 von Fig. 1; und

Fig. 8 einen vergrößerten, detaillierten, fragmentarischen Seitenaufriß, teilweise im Schnitt, der die Verbindung eines der Gehäuseaufzugsstäbe mit der Zylinderträgerplatte zeigt.

Anhand der beigefügten Zeichnungen wird die Erfindung näher erläutert. Eine an sich bekannte Behandlungspfanne A wird dargestellt, die auf einer üblichen Lore B, die längs des Fabrikbodens C bewegbar ist, getragen wird. Von einem Hängebalgen D, der einen Teil des Gebäudes bildet, über der zugänglichen Behandlungsposition erstreckt sich ein Eintauchmechanismus E für eine besonders konstruierte, wärmebeständige Kapsel F für die Aufnahme des Magnesiums und anderer Zusatzstoffe. Vie später näher erläutert wird, ist die Kapsel F so gebaut, daß sie eine obere Beschickungsöffnung 80 für das Magnesium und eine untere Öffnung 73 für den Eintritt des geschmolzenen Metalls aufweist.

Der Eintauchmechanismus ist so ausgerüstet, daß er eine Abdeckhaube K in und außer abdichtendem Kontakt mit dem oberen Teil des Konverters A so bewegen kann, daß eine Einheit gebildet wird, die die heftige Reaktion des Magnesiums mit dem geschmolzenen Metall aushält. Die Kapsel mit ihrer Füllung aus Magnesium wird dann schnell in das Metall

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herabgelassen, so daß die Behandlungsreaktion in Gang gesetzt wird, wobei die Kapsel in ihrer Stellung auch bei Einwirkung der Reaktionskräfte durch ihre Beziehung zu anderen Teilen des Eintauchmechanismus gehalten wird.

Der Eintauchmechanismus E ist folgendermaßen konstruiert. Ein Befestigungsflansch 15 ist mit dem unteren Flansch 17 eines Kanalelements 19, das mit dem Baiken D verbunden ist, verbunden. Abwärts erstrecken sich von jedem Ende des Flansches 15 parallele, verlängerte, doppelte, hydraulische Zylinder 20 und 21 mit den entsprechenden oberen und unteren Rändern 20a, 20b, 21a und 21b. In den Zylindern 20 und 21 arbeiten die Stäbe 22 und 23. Die Bodenenden der Stäbe 22 und 23 sind mit einer zentralen Zylinderträgerplatte 25 verbunden. Dies wird erreicht, indem man die Enden der Stäbe 22 und 23 mit den Rändern 26 und 27a an die Platte 25 schweißt. Dreieckige Träger 28 und 29 erstrecken sich zwischen den Rändern 26 und 27a und der Platte 25 und sind daran angeschweißt. Verengte Verlängerungsstücke 30 und 31 der Teile 22 und 23 erstrecken sich durch die Platte 25 und sind mit einem Gewinde versehen, so daß sie die Muttern 32 und und die Scheiben 32a und 33a aufnehmen können. Innerhalb der Zylinder 20 und 21 arbeitende (nicht dargestellte) Kolben sind betriebsmäßig mit den Stäben 22 und 23 verbunden. Ein hydraulisches System, Kontrolleinrichtungen und ein Zeitgebungssystem (nicht dargestellt) sind mit den Zylindern 20 und 21 verbunden, so daß die Stäbe hydraulisch in Zeitbeziehung, wie es für das Verfahren erforderlich ist, auf- und abbewegt werden können. Weiterhin sind Verbindungsstäbe innerhalb der Zylinder vorgesehen, die sich zwischen den Rändern 20a, 20b, 21a und 21b erstrecken und diese Teile in bekannter Weise zusammenhalten.

Nach unten erstrecken sich von dem Mittelpunkt der Platte 25 Trägerstäbe 3^» 35 und 36. An ihren unteren Enden

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sind die Stäbe 34, 35 und 36 mit Scheiben 34b, 35b und 36b, die an den oberen Teil der Platte 40 geschweißt sind und einen Teil der Innenhaube K bilden, verbunden. Die Haube K umfaßt einen Mantel 41, der sich nach unten von den Außenrändern der Platte 40 erstreckt. Unter der Platte 40 ist eine Auskleidung 50 aus feuerfestem Aluminiumoxid angebracht. Die Platte 40 und die Auskleidung 50 sind mit zentralen öffnungen 42 bzw. 43 versehen. Nach unten erstreckt sich von der Auskleidung 50 ein kreisförmiger Kühlerschutz 51, der eine Innenoberfläche 51a besitzt, die mit den öffnungen 42 und 43 fluchtet. Ein Ring 53 aus feuerfestem Material ist mit dem Inneren der Pfannenwand zur Befestigung des Kühlerschutzes 51, wenn die Haube K in Pfannenabdeckstellung ist, verbunden.

Verbunden mit dem Boden des Mantels 41 durch ein sich nach außen erstreckenden Winkeleisenband 52, das auf dem Mantel 41 montiert ist, ist eine zylindrische Außenhaube 55, deren Boden mit einem Befestigungsring 57 versehen ist, der mit dem Band 52 verbunden ist. Ein Außenabgaskanal H umgibt den Eintauchmechanismus. Dieser Kanal besteht aus den TEilen 44,45 und 46, die, wie dargestellt, miteinander verbunden sind,und hängt von dem Aufbau herab, befestigt durch nicht gezeigte Einrichtungen.

In dem Zentralzylinder 27 arbeitet ein Stab 60, der, wie im folgenden beschrieben wird, mit einem schweren,zylindrischen Graphitstab 65 verbunden ist. Der Stab 65 besitzt eine zylindrische, untere Spitze 67 verringerten Durchmessers, der außen mit einem Gewinde versehen ist, so daß er eine konische öffnung 66 im oberen Teil der Kapsel F halten kann.

Der Stab 60 besitzt eine Spitze 61 mit verringertem Durchmesser, die In die obere Steckvorrichtung bzw. Buchse eines einstellbaren Adapters 63 paßt. Der Adapter 63 ist mit

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einem sich nach außen erstreckenden, kreisförmigen Flansch \ind einer sich nach unten erstreckenden Nabe 66 ausgerüstet. Ein Bolzen 88 erstreckt sich durch die Steckvorrichtung 62 und das Ende 61 des Kolbens 60 und hält diese Teile zusammen. Der Flansch 64 besitzt eine Anzahl entfernt voneinander angebrachter öffnungen 68. Die Nabe 66 besitzt einen sich nach oben erstreckenden, kegelstumpfförmigen Vorsprung 70, der einen kegelstumpf förmigen Kopf 83 des Konnektors 84 empfängt. Der Konnektor 84 ist mit einem außen mit Gewinde versehenen Schaft 86 ausgerüstet, der eine schräge öffnung 87 im oberen Ende des Stabs 65 umfaßt. Bolzen 89 erstrecken sich die die Nabe 66 in den kegelstumpfförmigen Kopf 83 zur Befestigung des Adapters 63 mit dem Konnektor 84.

Der obere Teil der Steckvorrichtung 62 wird von einem Rand 90 umgeben, der mit einem S-Bogen-Befestigungsarm 91 verbunden ist, der sich auswärts erstreckt und mit einem gegabelten Element 92 verbunden ist, das gegenüber dem Stab 34 gleitend angeordnet 1st.

Auf dem Befestigungsarm 91 ist zwischen der Platte 64 und dem Element 92 ein Verriegelungsmechanismus befestigt. Dieser Verriegelungsmechanismus besteht aus einem Schraubenkopf 93 mit Manipuliergriffen 94 und einem mit Gewinde versehenen Schaft 95, der sich durch den Befestigungsarm 91 zu einer mit Gewinde versehenen Verbindung mit einer L-förmlgen Klinke bzw. einem Sicherungsriegel bzw. einem Anschlag 96 erstreckt. Die Klinke 96 umfaßt die Unterseite der Platte 64 und zwingt sie gegen den Befestigungsarm 91, wenn das Schraubenelement 93 in einer Richtung gedreht wird. Eine perforierte, scheibenartige Tragplatte 97 ist vorgesehen, auf der der Kopf 93 ruht.

Das gegabelte Ende 99 der Einstellplatte 98 umgibt die Steckvorrichtung 62. Die Platte 98 ist auf der Platte

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liegend angeordnet und weist ein Rohr 100 auf, das an Ihrer oberen Seite festgeschweißt ist. Eine Nadel 101 ist durch eine öffnung in die Platte 98 eingesetzt, so daß sie eine vorbestimmte Öffnung in der Platte 64 erfaßt.

Die Bauart einer bevorzugten Kapsel F 1st wie folgt. Sie ist ein Hohlkörper, der eine Wand aus wärmebeständigem, nichtmetallischem, nichtbenetzendem Material, bevorzugt Graphit, aufweist, die eine Reaktionskammer umgibt. Es sind Durchgangseinrichtungen durch die Wand vorhanden, die den Zutritt des geschmolzenen Metalls und das kontrollierte Entweichen der Reaktionsprodukte erlauben. Es ist bevorzugt, daß so wenig öffnungen wie möglich vorhanden sind, bevorzugt zwei, eine am oberen und eine am unteren Ende. Ein bevorzugter Körper besitzt eine gesamte zylindrische Form mit einer Seitenwand 71, die sich in die Bodenwand 72 erstreckt und die sich in ihrer Dicke von der Wand 71 zu 'einer zentralen öffnung 73 verjüngt. Die obere Oberfläche der Bodenwand 72 ergibt den geneigten Boden 75, bevorzugt mit einer Neigung von mindestens 2096 von der Horizontalen und führt zu einer zentralen, nach unten gerichteten öffnung 73* Die obere Peripherie der Kapsel F ist mit einer sich verjüngenden Randoberfläche 84 versehen.

Auf dem oberen Teil der Wand 71 befindet sich ein sich nach innen erstreckender Flansch 77, der den oberen Teil der Kapfei F bildet und einen Verbindungsrand liefert, der eine sich nach innen verjüngende, zylindrische Oberfläche 78 besitzt für einen Gewindeeingriff alt der Spitze des Stabs 65. Alternativ kann, wenn die Stabspitze 67 einen ausreichend großen Durchmesser besitzt, der Flansch 77 weg gelassen werden und die Innenseite der Wand 71 mit einen Gewinde versehen sein, so daß sie die Spitze 67 aufnehmen kann.

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Die Wand 71 ist an einer Stelle etwas unter dem Flansch 77 mit einer Öffnung 80 versehen» die sowohl für die Zufuhr von Magnesium als auch für das Entweichen der Reaktionsprodukte aus Magnesium und Eisen dient. Gegebenenfalls kann die Wand 71 gerade unter dem Flansch 77 mit Dampfentweichungsöffnungen 82 versehen sein.

Um die Kapsel F mit dem Eintauchmechanismus E zu verbinden, wird das Verbindungselement 84 an dem Adapter 63 befestigt, der seinerseits mit dem Boden des Stabs 60 verbunden wird. Der Stab 63 wird auf den Konnektor 84 aufgeschraubt und die Kapsel F wird auf das Ende des Stabs 65 geschraubt.

Um sicherzustellen, daß die öffnung 80 der Kapsel F die richtige Richtung für den leichten Zugang des Arbeiters einnimmt, erfolgt eine Drehung, indem man den Adapter 63 dreht, indem man durch das Rohr 100 eine Hebelkraft auf die Platte 98 ausübt. Nachdem die Kapsel F einmal richtig orientiert ist, wird der Adapter 63 in seiner Stellung befestigt, indem man die Platte 64 an den fixierten Befestigungsarm 91 festklemmt'.

Verfahren

Das Betriebsverfahren ist wie folgt. Die Kapsel sollte, bevor sie in Kontakt mit dem heißen Metall kommt, vorerhitzt werden. Dies kann zweckdienlich erreicht werden, indem man sie in eine Heizkammer gibt. Das Heizen sollte elektrisch erfolgen, da beim Erhitzen mit einer Gasflamme der Graphit brennen würde. Über Nacht sollten der Stab und die Kapsel in einem erhitzten Behälter gehalten werden, wodurch die Kapsel in erhitztem Zustand verbleibt, so daß ein thermischer Schock vermieden wird, wenn die Kapsel in das geschmolzene Metall eingetaucht wird.

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Vor dem Produktionsversuch sollte ein Anlaßverfahren durchgeführt werden. Dies erfolgt, indem man die Kapsel mit einem oder zwei Pellets aus Magnesium und etwas Schmelzsalz füllt. Die Kapsel wird dann in das Eisen bei der Betriebstemperatur eingetaucht, so daß Eisen in die öffnungen 73 und 80 eintritt. Eine Magnesium-Eisen-Reaktion von begrenzter Größe findet statt und die Kapsel wird auf Betriebstemperatur erhitzt. Die Kapsel ist dann für die Produktionshitze fertig bzw. kann diese aushalten.

Die Sequenz bei dem Produktionserhitzungszyklus ist wie folgt. Der Arbeiter belädt die Kapsel F durch die Beschickungsöffnung 80 mit der gewünschten Menge an Magnesiumpellets. Bevorzugt liegen die Magnesiumpellets in Form von Stäben S vor mit einer Größe und Form, daß sie einzeln mit der Hand ergriffen werden können. Ein bevorzugter Stab S ist verlängert und bevorzugt rechteckig, obgleich andere Formen, die eine ausgedehnte Oberfläche ergeben, ebenfalls verwendet werden können. Ein bevorzugter Stab ist an seinen Seiten flach, 7,6 bis 10,2 cm (3 bis A in.) lang χ 2,22 cm (7/8 in.) bis etwa 2,54 cm (1 in.) in den anderen Dimensionen. Zylindrische Stäbe mit vergleichbarem Volumen können verwendet werden. Diese Form ermöglicht somit einen Stab S, der einen Griff besitzt, der wie ein Relaistaktstock ergriffen werden kann. Der Stab kann so in die öffnung 80 gestoßen werden, freigelassen werden und in die öffnung gestoßen werden, so daß er in die Kammer fällt.

Wenn Pellets mit der bevorzugten Stabform verwendet werden, werden sie von dem Arbeiter ergriffen oder mit einer Beschickungsvorrichtung und nacheinander durch die Beschickungsöffnung 80 gestoßen. Ein Stab kann nur in die öffnung 80 eintreten, wenn die letztere nicht verschmutzt

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ist, da der Querschnitt des Stabs nur etwas kleiner ist als der Querschnitt der öffnung 80 und irgendwelche Reaktionsprodukte von vorherigen Behandlungen, die die Öffnung 80 blockieren, einen Eintritt verhindern wurden. Die Stäbe S fallen auf den schrägen Boden 75 und dann fallen die Stäbe aufeinander, so daß sie randomartig verteilt werden und einen Stapel bilden, wobei sich Leerräume zwischen den Stäben bilden. Die Anordnung der Stäbe zusammen mit der des Bodens 75 und den öffnungen 73 verhindert, daß sie aus der Kammer herausfallen.

Irgendwelche Zusatzstoffe können ebenfalls zugegeben werden, z.B. Cer bis zu etwa 3 Gew.96, bezogen auf Magnesium, in Form von Mischmetallpellets und Natriumchlorid als Schmelzmittel für die Schlacke bis zu etwa 8 Gew.%, bezogen auf Magnesium.

Die Pfanne A wird auf die Lore C gestellt, die zur Behandlungssteilung unter die Haube K bewegt wird. Die Haube K wird auf die Behandlungspfanne herabgelassen, indem man den hydraulischen Mechanismus betätigt, so daß die Stäbe 22 und 23 gesenkt werden. Die Kapsel geht mit der Haube herab an eine Stelle in der Pfanne über dem geschmolzenen Metall. Die Reaktionskapsel F wird dann in das Eisen durch hydraulische Betätigung des Stabs 60 eingetaucht.

Beim ersten Kontakt mit dem Eisen läuft das geschmolzene Metall in die Bodenöffnung 73 und durch den Stapel aus Stäben S und reagiert mit dem Magnesium. Ein Teil wird verdampft und aus der Beschickungsöffnung 80 herausgespritzt. Es 1st wahrscheinlich, daß während der ersten paar Sekunden nach dem Eintauchen etwas Eisen ebenfalls durch die öffnung 80 hindurchgeht und den Stapel aus Stäben S von oben berührt, so daß die Heftigkeit der Reaktion erhöht wird. Zu diesem Zeitpunkt entwickelt sich die Reaktion mit

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ausreichender Geschwindigkeit, so daß ausreichend Dampf innerhalb der Reaktionskapsel F erzeugt wird, so daß die Reaktionsprodukte aus allen öffnungen gezwungen werden. Die heftige Turbulenz wird in dem geschmolzenen Metall und eine Bewegung des Metalls um und unter der Kapsel erzeugt. Diese Wirkung dauert mindestens an, während die Hauptmenge des zugefUhrten Magnesiums verdampft. Wenn der Innendruck nachläßt, tritt das Eisen bevorzugt durch die öffnung 73 ein und tritt aus der öffnung 80 aus; dadurch wird Magnesiumdampf oder Magnesium-Eisen-Gemische, die noch nicht reagiert haben, aus der Reaktionskammer herausgespült. Durch die Umsetzung wird ein lebhaftes Leuchtsignal erzeugt, das zwischen der Kapfei F und der Haube K entweicht. Irgendein massives Spritzen des Metalls aus der Pfanne wird durch die Haube K verhindert. Die gesamte Reaktion von der Erzeugung des Leuchtsignals bis zur Beendigung erfordert etwa 30 Sekunden. Nachdem das Leuchtsignal aufgehört hat, wartet der Arbeiter einige Sekunden und hebt dann gleichzeitig die Haube und die Stabanordnung.

Während die Pfanne A unter der Kapsel F verbleibt, dient die öffnung 73 als Ablauföffnung, die der Arbeiter prüft und gegebenenfalls säubert wie auch die öffnung 80, so daß sichergestellt ist, daß sie nicht blockiert sind. Der Arbeiter bewegt dann die Pfanne von der Stelle unter der Eintauchstation weg, und sie wird weiter feur Produktion transportiert. Eine andere Pfanne wird in die Behandlungsstellung bewegt und der Zyklus wird wiederholt.

Die Produktionsrate kann bis zu UO Eintauchungen/h betragen, wobei 30 bis 40 ein annehmbarer Bereich sind.

Es soll bemerkt werden, daß ein hydraulisches System und geeignete Kontrolleinrichtungen (nicht dargestellt) mit den entsprechenden Zylindern 20, 21 und 27 für das Heben

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und Absenken In der geeigneten Zeit und mit der entsprechenden Sequenz der Platte 25 bzw. des Stabs 60 vorgesehen sind, so daß die Haube und die Kapsel die erforderlichen Bewegungen ausführen können.

Bevorzugte Verfahrens- und Vorrichtungsparameter

Die Kapsel F ist aus wärmebeständigem, nichtmetallischem, nichtbenetzendem Material» bevorzugt Graphit mit Standardelektrodenqualität, bevorzugt "Grade AGSR", wie er von Union Carbide Company of Canada Ltd. geliefert wird, hergestellt. Tongraphit ist nicht empfehlenswert. Die Kapsel wird maschinell aus einem geformten Block aus Graphit hergestellt, der durch Pressen und Backen nach an sich bekannten Verfahren erzeugt wird, wie es z.B. in "Industrial Graphite Engineering Handbook", verteilt von Union Carbide Company of Canada Ltd., Metals & Carbon Division, Toronto, Canada, Copyright 1959, beschrieben wird. Auf diese Literaturstelle wird expressis verbis verwiesen.

Empfohlene Parameter für eine so hergestellte Kapsel, die der oben beschriebenen Kapsel F entspricht, sind wie folgt.

Das Innenvolumen der Reaktionskammer 74 der Kapsel F sollte nicht kleiner sein als 1311 cnr (80 cub.in.)/0,45 kg (pound) reines zugegebenes Magnesium. Wenn das Volumen der Kammer 74 unter diesem Wert liegt, wird das Eisen, das zu Beginn der Behandlung in sie eintritt, nicht die Wärmekapazität besitzen, daß das darin enthaltende Magnesium auf Verdampf ungs temperatur gebracht wird. In der Praxis würde dies eine Eisen-Magnesium-Ansammlung in der Kammer ergeben und eine weitere Verwendung der Kapsel verhindern.

Die in den Zeichnungen dargestellte Kapsel besitzt einen Durchmesser von 30,48 cm (12 in.). Die geringste Dicke

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der Wand 71 beträgt etwa 2,54 cm. Dies ergibt eine Festigkeit und gleichzeitig einen Ausgleich zwischen den Innen- und Außendurchmessern. Größere Werte verringern das Innenvolumen für einen gegebenen Außendurchmesser, ohne daß in der erwarteten Gebrauchsdauer wesentliche Änderungen auftreten.

Man kann auch eine 25,4 cm (10 in.) Kapsel verwenden. In diesem Fall muß sie an ihrer äußeren Kante 84 nicht schräg verlaufen, und die Außenwand sollte mit dem Stab 65 fluchten, wobei die öffnung 78 die gleiche Größe besitzt. Kapseln mit anderen Größen können ebenfalls verwendet werden.

Die gesamte Querschnittsfläche der öffnungen in der Wand der Kapsel F, die zwischen der Kammer 74 und dem umgenden Eisen in der Pfanne A in Verbindung stehen, sollte im Bereich zwischen 12,9 und 32,3 cm (2,0 und 5,0 sq.in.) liegen, wobei keine einzige öffnung eine Querschnittsfläche besitzen sollte, die größer als 19,3 cm (3,0 sq.in.) ist. Diese Werte stellen sicher, daß die Massenströmungsrate (kg Magnesium durch die Verdampfungsgeschwindigkeit) nicht größer ist, als das Eisen tatsächlich absorbieren kann, so daß andererseits sichergestellt ist, daß Eisen mit ausreichend Magnesium unter Bildung von sphärolithischem Eisen behandelt wird. Irgendwelche kleineren Öffnungsflächen können eine Eisen-Magnesium-Ansammlung bewirken. Die öffnungen müssen ebenfalls groß genug sein, daß ein schnelles Füllen der Kammer 74 mit Eisen möglich wird, wenn die Kapsel darin eingetaucht wird, so daß ein Gefrieren des Eisens, wodurch die öffnungen blockiert werden können und die Verdampfung gestört würde, vermieden wird. Es ist eine so große Beschikkungsöffnung 80 wie möglich bevorzugt, da eine zu kleine erfordern würde, daß zu viele Magnesiumpellets eingefüllt werden, um die geeignete Gesamtmenge an Magnesium für die Kapazität der Kammer zu erhalten. Die obere Größe der öff-

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nung 80 wird durch die Wiedergewinnung, die erreicht werden soll, bestimmt. Die untere Größe wird durch die Praktikabi-Iitat bei der Zugabe des Magnesiums bestimmt. Die Anordnung der öffnung 80 wird teilweise dadurch bestimmt, daß ausreichend Raum unter ihr verbleiben muß, um die geeignete Anzahl an Pellets einzufüllen, normalerweise bis zu etwa 15.

Die Größe der Bodenöffnung 73 sollte nicht kleiner als 3,17 cm (1,25 in.) im Durchmesser sein, so daß die Kammer Tk schnell auslaufen kann und die Produktion nicht verzögert wird oder die öffnungen mit klumpenartigen Reaktionsprodukten verstopft werden. Die maximale Größe wird durch die Kombination der anderen Parameter, wie oben beschrieben, begrenzt. Die Stellung der öffnung 73 am Boden der Kapsel F bringt diese so niedrig wie möglich in die Schmelze und ermöglicht weiterhin einen Ablauf für die Produkte der Reaktion, wenn die Kapsel aus der Schmelze entnommen wird. Dies wird weiterhin durch die Schräge des Bodens der Kapsel erleichtert.

Bevorzugt ist eine minimale Öffnungsfläche von 9,6 cm (1,5 sq.in.) (diese kann entweder die Beschickungsöffnung 80 oder die möglicherweise vorhandene öffnung 82 sein) innerhalb von 5,1 cm (2 in.) vom oberen Innenteil der Kammer 74 angebracht, so daß Magnesiumdampf entweichen kann und eine Ansammlung von nlchtumgesetztem Magnesium und Magnesium-Eisen-Gemisch bis zu dem Punkt vermieden wird, wo eine Inhibierung und möglicherweise eine Verdampfung des Magnesiums zu früh beendigt würden. Die maximalen Werte werden durch die anderen, oben beschriebenen Parameter bestimmt. Das Eichen und Einstellen der öffnungen halten die Massenströmungsrate von Magnesiumdampf in das Eisen, in das es auf kontrollierte Weise eingeführt wird, gering. Das Magnesium erzeugt in dem Eisen Blasen und erzeugt eine Turbulenz. Bevorzugt beträgt die Entfernung vom extremen Boden der Reaktionskammer zu der Mittellinie der Beschickungsöffnung mindestens etwa 25 cm (10 in.).

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Die Dicke der Bodenwand 72 sollte an der dicksten Stelle etwa 7,62 cm (3 in.) und an der dünnsten Stelle etwa 2,54 cm (1 in.) betragen. Der Winkel des Bodens 75 sollte mindestens etwa 25%, bezogen auf die Horizontale, betragen, so daß eine wirksame Ablaufneigung für die geschmolzenen Produkte gegeben ist, die zurückbleiben, nachdem die Kapsel aus dem geschmolzenen Metall entnommen ist, und daß die Produkte zu der Uffnung 73 fließen können.

Die Tiefe des Eisens in der Pfanne über den obersten öffnungen 82 oder 80 in der Kapsel sollte mindestens etwa 38,1 cm (15 in.) betragen. Niedrigere Werte ergeben eine Verminderung in der Wirksamkeit der Magnesiumabsorption in dem Eisen. Ähnlich sollte der Boden der Kapsel F zwischen 2,54 und 6,35 cm (1 bis 2 1/2 in.) von dem Boden der Behandlungspfanne A entfernt sein, so daß eine Zirkulationszone unter der öffnung im Boden der Kapsel gebildet wird. Ein Wert unter diesem Bereich kann eine Blockierung der Bodenöffnung ergeben, während ein Wert darüber nicht erforderlich ist und die Tiefe des Metalls über den obersten öffnungen in der Kapsel verringert.

Der Unterschied zwischen dem Innendurchmesser der Pfanne A und dem Außendurchmesser der Kapsel F sollte mindestens 12,7 cm (5 in.) betragen. Ein geringerer Unterschied könnte bewirken, daß die Kapsel F die Seite der Pfanne A während der Umsetzung berührt, was eine mögliche Beschädigung der Kapsel zur Folge haben könnte.

Die Höhe der Pfanne A ist eine Funktion des Durchmessers und der Menge an zu behandelndem Eisen. Sie beträgt im allgemeinen mindestens das 3fache des Innendurchmessers, vorausgesetzt, daß die Tiefe des Eisens während der Reaktion nicht über dem 1,5fachen des Pfanneninnendurchmessers liegt. Diese Höhe ist erforderlich, damit ein Übermäßiges Versprlt-

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zen des Eisens, bedingt durch die Heftigkeit der Reaktion und die durch die Reaktion erzeugte Turbulenz, vermieden wird.

Die Temperatur des Eisens kann von 1371 bis 1482°C (2500 bis 2700°F) betragen. Ein bevorzugter Temperaturbereich beträgt 1416 bis 1427°C (2580 bis 260O⁰F). Das Arbeiten bei dieser hohen Temperatur ist im Hinblick auf die Behandlung des Eisens bevorzugt, es entstehenden jedoch mechanische Schwierigkeiten. Die Heftigkeit der Umsetzung ist für die Vorrichtung sehr hart. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann den Reaktionskräften widerstehen, bedingt vor allem durch die Festigkeit der Magnesium enthaltenden Kapsel F und durch die Art der Eintauchvorrichtung. Die Kapsel F wird von einer lateralen Bewegung zurückgehalten, während die Umsetzung stattfindet und der Magnesiumdampf aus der öffnung 80 entweicht, bedingt durch den Stab 65, der die Magnesiumkapsel von der lateralen Bewegung durch Kontakt mit der feuerfesten Auskleidung 50 der Haube K zurückhält.

Bei einer praktischen Vorrichtung beträgt der Durchmesser der mit feuerfestem Material ausgekleideten öffnung 42 etwa 33,02 cm (13 in.), und der Außendurchmesser des Stabs 65 beträgt etwa 25,4 cm (10 inc.). Nach einigen Eintauchungen sammeln sich Schlacke und Metall als haftender Überzug auf der Oberfläche des Stabs 65 an. Die Dicke dieser Ansammlung wird dadurch begrenzt, daß der Stab durch die öffnung entnommen wird und überschüssiges, feuerfestes Material abgekratzt wird, während er in pastenförmigem, geschmolzenem Zustand vorliegt, bevor es sich verfestigen kann. Beim Betrieb zeigt der Stab somit in der öffnung 42 einen wirksamen Schiebesitz.

Bei den bekannten Verfahren, bei denen eine Modifizierung der Pfanne mit einer eingebauten Magnesiumtasche verwendet wird, ist es empfehlenswert, daß mindestens fünf

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Behandlungen/h durchgeführt werden. Sonst muß man die Pfanne künstlich erhitzen, um eine Verfestigung der Abscheidungen in den öffnungen zu vermeiden. Wenn dies nicht erfolgt, wenn man Magnesium von außen in die Pfanne einführt, können die Auslaßöffnungen in der Magnesiumkammer verstopfen, es kann so viel Hitze vorhanden sein, daß das Magnesium vorzeitig und unbeabsichtigt verdampft und eine Drucksteigerung ergibt, was schließlich in einer Explosion endet.

Bei dem anmeldungsgemäßen Verfahren sind Stilllegungen von so lang wie 1 h möglich, ohne daß Außenwärme zu der Kapsel des Stabs zugeführt werden muß, bevor er wieder bei der Eintauchbehandlung verwendet wird. Da Standardmagnesiumpellets verwendet werden, kann die Kapsel F nicht beschickt werden, bevor die öffnung 80 von Fremdmaterial befreit wurde. Ein weiterer Sicherheitsfaktor ist der, daß im Falle einer Umsetzung das Metall daran gehindert würde, nach oben gespritzt zu werden, da die Haube K vorgesehen ist, die irgendein Verspritzen des Material sofort nach unten leiten würde.

Beispiel Im folgenden wird ein typisches erfindungsgemäßes

Verfahren erläutert, das in der oben beschriebenen Vorrichtung durchgeführt wird, wobei die oben verwendeten Bezugszeichen ebenfalls verwendet werden.

Eine Standardpfanne A wird aus einem Warmhalteofen bei 1415⁰C (2580°F) mit Gußeisenschmelze der folgenden chemischen Zusammensetzung beschickt:

C 3,55*

Si 2,55*

Mn 0,50*

P 0,015*

S 0,040*

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Die Menge an Eisen, das in die Pfanne gegossen wird, beträgt 1045kg (2300 lbs). Reines Magnesium in Form von 4,44 χ 2,59 cm (1 3/4 χ 1 in.) Stäben mit einer Länge von 9,5 cm (3 1/2 in.), die je 200 g (0,44 lbs) wiegen, werden durch die öffnung 80 in die Kapsel eingefüllt, die die Eigenschaften und Dimensionen, wie oben beschrieben, besitzt. Man erhält so eine Zugabe von 0,21Gew.% Magnesium, bezogen auf das Eisen.

Die bevorzugte Kapsel ist 33 cm (13 in.) hoch von der Außenseite der Bodenwand zu dem äußeren, oberen Teil des Flansches 77. Der Flansch ist 6,98 cm (2 3/4 in.) dick. Die Mittellinie der öffnung 80 ist 12,1 cm (4 3/4 in.) unter der oberen Oberfläche des Flansches 77. Der gesamte Außendurchmesser der Kapsel beträgt 30,5 cm (12 in.) und der Innendurchmesser beträgt 27,9 cm (9 in.). Die Dicke der Bodenwand 75 beträgt an ihrer Verbindung mit der Seitenwand 7,6 cm (3 in.) und ihre Dicke benachbarte zu der öffnung 73 beträgt 2,54 cm (1 in.). In dieser bevorzugten Form besitzt die öffnung 73 einen Durchmesser von 4,44 cm (1 1/4 in.) und die öffnung 80 ist 4,4 cm (1 1/4 in.) hoch und 5,1 cm (2 in.) breit. Die öffnungen 83 werden so eingestellt, daß ihre Zentren 9,5 cm (3 1/4 in.) unter dem oberen Teil des Flansches 77 sind. Sie besitzen einen Durchmesser von 1,9 cm (3/4 in.). Der obere Teil der Wand 71 besitzt einen 45°-Stellwinkel 2,54 cm (1 in.) unter der oberen Oberfläche des Flansches Die mit Gewinde versehene obere öffnung, die durch den Flansch 77 begrenzt wird, besitzt einen Durchmesser von 12,7 cm (5 in.).

Die Pfanne A wird auf eine Lore B herabgelassen. Dies erfordert etwa 10 see. Die Lore B wird unter die Haube K bewegt. Dies erfordert etwa 15 see. In der Zwischenzeit wird die Kapsel F mit Magnesiumpellets beschickt, was etwa 8 see erfordert. Die Haube K wird herabgelassen, so daß sie

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den oberen Teil der Pfanne A bedeckt. Dies erfordert etwa 5 see.

Die Kapsel F wird dann in etwa 5 see in einer Tiefe von etwa 5»08 cm (2 in.) vom Boden der Pfanne A entfernt eingetaucht. Eisen fließt sofort in die Kapsel F und ruft eine sofortige Eisen-Magnesium-Reaktion hervor, wodurch ein sichtbares Leuchtsignal gebildet wird, das zwischen der Haube K und der Pfanne A heraustritt. Das Leuchtsignal dauert etwa 30 see. Danach wird die Kapsel F mit dem Eintauchmechanismus in etwa 5 see über das geschmolzene Eisen gehoben. Dann werden die Haube K und die Kapsel in etwa 5 see weiter hochgehoben.

Die Pfanne A wird auf der Lore B entfernt und durch «ine andere Pfanne ersetzt, die nun für weitere Schmelze bereit ist.

Der Inhalt der Pfanne, die das behandelte Material enthält, wird in eine andere Pfanne gegossen. Eine Probe wird entnommen. Sie besitzt die folgende chemische Zusammensetzung: S 0,007#; Mg 0,03296.

Dies ergibt eine Magnesiumausbeute (% Magnesiunwie-

λ««»,^«.»,» 0.75AS# + % restliches Magnesium _Ληη\ ™»« dergewinnung = ^{x 100)} ^*

27,2%. Das entstehende Eisen zeigt eine MikroStruktur und enthält 90% oder mehr ASTM Typ I und II Graphitkhötchen.

Eine Reihe von Schmelzen wird, wie oben beschrieben, mit etwa 35 Eintauchungen der Kapsel F in das geschmolzene Metall pro Stunde behandelt.

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32 Leerse ite

Claims

PatentansprUche

1. Verfahren zur Behandlung einer Metallschmelze durch Behandlung des geschmolzenen Metalls mit einem verdampfbaren Zusatzstoff in fester Form in einer untergetauchten Stellung in der Schmelze, dadurch gekennzeichnet, daß man

eine vertikal verlängerte Schmelzbegrenzungszone mit einer Masse aus geschmolzenem Eisen bei der Behandlungstemperatur teilweise so füllt, daß darüber ein Raum verbleibt, der in die Atmosphäre führt,

über der Schmelzbegrenzungszone eine getrennte, vertikal bewegbare Reaktionsbeschickungszone für die Aufnahme des Zusatzstoffs in Form einer Umhüllung mit einer kalibrierten Zugangseinrichtung für die Zufuhr des Schmelzmetalls und für das Entweichen der Reaktionsprodukte in kontrollierter Rate schafft,

in die Reaktionszone in geteilter, fester Form einen Zusatzstoff gibt, der bei der Temperatur des geschmolzenen Metalls in einer Menge verdampfbar ist, die ausreicht, eine explosive Reaktion mit dem geschmolzenen Metall zu ergeben,

die Schmelzbegrenzungszone stationär hält und die Reaktionszone in die Schmelzbegrenzungszone über das geschmolzene Metall gibt und den oberen Teil der Schmelzbegrenzungszone bedeckt, so daß ein Entweichen des geschmolzenen Metalls während der Reaktion begrenzt wird,

die Reaktionszone zentral in die Masse aus geschmolzenem Metall eintaucht,

wobei durch das Eintauchen der Reaktionszone ein kontrollierter Zutritt von geschmolzenem Metall durch die Eintrittseinrichtungen erfolgt und wobei ein direkter Kontakt mit dem Zusatzstoff erfolgt, wodurch eine explosive Metall-Zusatzstoff-Reaktion in der Reaktionszone erzeugt wird und Dampf in der Reaktionszone gebildet wird, der durch die begrenzten Zugangseinrichtungen in das geschmolzene Metall herausgeht ,

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ORIGINAL INSPECTED

den oberen Teil der Schmelzbegrenzungszone öffnet und die Reaktionszone aus dem geschmolzenen Metall entnimmt,

und das behandelte, geschmolzene Metall aus der Schmelzbegrenzungszone entnimmt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das geschmolzene Metall Eisen ist und daß der Zusatzstoff reines Magnesium ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionszone ein Volumen von mindestens 1311 cm (80 cu.in.)/0,454 kg (pound) zugeführtes Magnesium besitzt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kalibrierte Zutrittseinrichtung Durchgangseinrichtungen durch den Boden der Reaktionszone umfaßt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kalibrierte Zutrittseinrichtung eine begrenzte, untere Durchgangseinrichtung durch den Boden der Reaktionszone und eine begrenzte, obere Durchgangs einrichtung zu der Reaktionszone, die entfernt nach oben von der unteren Durchgangseinrichtung angebracht ist, umfaßt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die unteren und oberen Durchgangseinrichtungen mindestens etwa 25,4 cm (10 in.) voneinander entfernt angebracht sind.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der wirksame Gesamtquerschnitt der Durchgangs einrichtungen 12,9 bis 32,3 cm (2 bis 5 sq.in.) beträgt, wobei ein einziger

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Durchgang einen maximalen wirksamen Querschnitt von 19,3 cm (3 sq.in.) besitzt.

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8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bodendurchgangseinrichtung einen Querschnitt von mindestens 3»17 cm ( 1 1/4 in.) besitzt.

9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Durchgangseinrichtung einen Querschnitt von mindestens 2,5 cm (1 in.) besitzt.

10. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Durchgangseinrichtung einen Querschnitt von mindestens 3,17 cm (1 1/4 In.) besitzt und daß die obere Durchgangseinrichtung einen Querschnitt von mindestens 2,5 cm (1 in.) besitzt.

11. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zutrittseinrichtung eine öffnung umfaßt, die nicht weiter als etwa 3,8 cm (1 1/2in.) vom oberen Teil der Reaktionszone entfernt vorgesehen ist.

12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der Begrenzungszone mindestens das 3fache ihrer lateralen Dimension beträgt.

13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionszone nahe am Boden der Schmelzbegrenzungszone eingetaucht wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionszone 6,3 cm (2 1/2 in.) entfernt vom Boden der Schmelzbegrenzungszone eingetaucht wird.

15. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionszone eine Kammer in einer Kapsel ist, die eine Wand aus einem nichtmetallischen, wärmebeständigen Material besitzt, und daß die begrenzte Zugangseinrichtung mindestens einen Durchgang durch die Wand umfaßt.

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16. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatzstoff in Form eines Stapels aus festen Metallstäben vorliegt.

17. Verfahren nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatzstoff in Form eines Stapels aus festen Metallstäben vorliegt, wobei die Stäbe einer nach dem anderen durch die obere Durchgangseinrichtung eingefüllt werden und wobei der Querschnitt der oberen Durchgangseinrichtung zu jedem Stab so in Beziehung steht, daß der Stab nur dann eingesteckt werden kann, wenn der Durchgang nicht verschmutzt ist.

18. Unabhängige Kapsel zum Eintauchen in eine Behandlungsstellung in geschmolzenem Metall, um einen verdampfbaren Zusatzstoff damit in Kontakt zu bringen, dadurch gekennzeichnet, daß sie umfaßt

ein im wesentlichen symmetrisches Gehäuse mit einer Wandeinrichtung aus wärmebeständigem, nichtmetallischem, nichtbenetzendem Material, das eine Kammer begrenzt, die den Zusatzstoff aufnimmt, einschließlich einer Seitenwand und einer Bodenwand,

wobei die Wand mit einer begrenzten, kalibrierten Zugangseinrichtung zum Beschicken der Kapsel und Freisetzen der Reaktionsprodukte in kontrollierter Rate ausgerüstet ist.

19. Unabhängige Kapsel nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandeinrichtung mit einem oberen Beschickungsdurchgang und einem unteren Beschickungsdurchgang, der von dem Beschickungsdurchgang entfernt angebracht ist, ausgerüstet ist, so daß die Schmelze in die Kammer eintreten kann und mit dem Zusatzstoff in Berührung kommen kann, wenn die Kapsel in Behandlungsstellung eingetaucht wird, wobei die entsprechenden Durchgänge so angeordnet sind, daß das geschmolzene Metall die Kammer in einer vorbestimmten Geschwindigkeit betritt, wenn die Kapsel in die Behandlungsstellung

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eingetaucht wird, und wobei die Durchgänge ebenfalls das Entweichen der Reaktionsprodukte In das geschmolzene Metall erlauben.

20. Unabhängige Kapsel nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die begrenzte Zugangseinrichtung eine Durchgangseinrichtung durch die Bodenwand umfaßt, wobei die entsprechenden Durchgänge so angeordnet sind, daß das geschmolzene Metall die Kammer in einer vorbestimmten Geschwindigkeit betritt, wenn die Kapsel in die Behandlungsposition eingetaucht wird, und wobei die Durchgänge ebenfalls das Entweichen der Reaktionsprodukte in das geschmolzene Metall erlauben.

21. Kapsel nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus Graphit hergestellt ist.

22. Kapsel nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtquerschnittsfläche der Durchgänge 12,9 bis 32,3 cm (2 bis 5 sq.in.) beträgt, wobei ein einziger Durchgang einen maximalen Querschnitt von 19»3 cm (3 sq.in.) besitzt.

23. Kapsel nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine zylindrische Seitenwand, eine Bodenwand mit einer Innenoberfläche, die von der Seitenwand zu einer zentralen öffnung geneigt ist, die den unteren Ausgang darstellt, umfaßt , wobei die Seitenwand mit einer öffnung versehen ist, die den oberen Durchgang darstellt, und wobei die Seitenwand eine solche Struktur aufweist, daß eine Seitenwandöffnung in solcher Art gebildet wird, daß sie das Ende des Eintauchstabs aufnehmen kann.

24. Vorrichtung zur Behandlung von geschmolzenem Metall mit einem Zusatzstoff, wobei eine heftige Reaktion auftritt, gekennzeichnet durch

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eine Haube zum Abdecken des Behälters, der das geschmolzene Metall enthält;

eine Einrichtung, um die Haube über das Reaktionsgefäß zu halten und die Haube hochzuheben und herabzulassen in und aus der Bedeckungsposition;

wobei die Haube mit einer öffnung versehen ist;

einen verlängerten Stab, der sich durch die öffnung erstreckt und an seinem unteren Ende einen wärmebeständigen Behälter für den Zusatzstoff umfaßt, der einen kalibrierten Zugang für das Eintreten des Zusatzstoffs und geschmolzenes Metall und für das Entweichen der Reaktionsprodukte umfaßt;

eine Verbindung zwischen dem Stab und der Einrichtung zum Hochheben und Herablassen der Haube, wobei die Kapsel mit der Haube hochgehoben wird; und

eine getrennte Einrichtung zum Hochheben und Herablassen des Stabs unabhängig von der Haube.

25. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Hochheben und Herablassen der Haube umfaßt:

eine Grundplatte;

eine zylindrische Einrichtung, die sich nach oben von der Grundplatte erstreckt, und eine Stabeinrichtung, die mit der zylindrischen Einrichtung zusammenarbeitet;

Träger, die sich von der Grundplatte zu der Haube erstrecken; und

eine Zylindereinrichtung, die mit der Grundplatte verbunden ist und sich nach oben daraus erstreckt, zum Hochheben und Herablassen des Stabs, der den Behälter enthält, relativ zu der Grundplatte.

26. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Haube eine feuerfeste Auskleidung umfaßt und eine feuerfeste Buchse umfaßt, die sich nach abwärts und in ihrer Mitte erstreckt, wodurch eine Stütze für den Stab und für das Einbringen des Grundmaterials in dem Metall enthaltenden Behälter geschaffen wird. . - » - ·

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27. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Stab ein stämmiger Stab ist, der aus Graphit hergestellt ist, und daß der Behälter eine Graphitkapsel ist.

28. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapsel eine insgesamt zylindrische Form besitzt und eine schräge, obere öffnung aufweist und daß der Stab an seinem Boden mit Gewinde versehen ist und in die Öffnung eingreift.

29. Befestigungsvorrichtung für einen Stab der zuvor beschriebenen Art, gekennzeichnet durch

einen Adapter mit einer Grundplatte, der mit einer Steckvorrichtung bzw. Buchse ausgerüstet ist und das eine Ende eines sich daraus erhebenden Stabs umfaßt, der sich nach oben erstreckt,

eine Nabe, die sich nach unten von der Platte erstreckt und eine öffnung für die Aufnahme eines Konnektors von dem Stab aufweist,

einen Befestigungsarm, der gleitbar auf der Grundplatte angebracht ist und eine stationäre Verbindung mit dem Adapter besitzt, und

eine Einrichtung zum Befestigen bzw. Festklammern der Platte und des Befestigungsarms miteinander, so daß eine relative Bewegung verhindert wird.

30. Befestigungseinrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß der Befestigungsbolzen einen Kopf besitzt, der in der Öffnung befestigt ist, und daß er einen mit Gewinde versehenen Schaft besitzt, der sich nach unten von dem Kopf erstreckt, so daß er mit dem oberen Teil des sich bewegenden Stabs verbunden werden kann.

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