DE2737329C3 - Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung von Legierungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung von Legierungen.

An die Legierungsherstellung in Metallgießereien werden eine Reihe von verfahrenstechnischen Anforderungen gestellt welche im Stand der Technik nur unvollkommen erfüllt sind. Danach soll das Produkt des Verfahrens hohen Homogenitätsanforderungen genügen und möglichst wenig eingeschleppte nichtmetallische Verunreinigungen aufweisen. Für die Dosiervorrichtung wird eine rechnerische Dosiergenauigkeit von ±0,2 bis 2% während der gesamten Dosierzeit gefordert Daneben soll das Verfahren zu möglichst geringen Materialverlusten infolge Krätzebildung und Abbrand der Zulegierungsmetalle führen. Vom betriebswirtschaftlichen Standpunkt aus wird verlangt daß das Verfahren leicht automatisiert werden kann, daß es unter möglichst geringem Zeitaufwand und unter möglichst günstigen arbeitshygienischen Bedingungen abläuft, und daß die Materialverluste infolge von Anfahr- und Abschaltvorgängen minimal sind.

Nach dem Stand der Technik wird die Aufgabe der Legierungsherstellung überwiegend durch mechanisches Rühren gelöst, worunter das Herstellen einer

Relativbewegung zwischen den beiden zu vermischenden Komponenten durch mechanische Kräfte zu verstehen ist, wobei beide Komponenten relativ zum Ruhesystem in Bewegung sind, und die mechanischen Kräfte durch bewegliche Rührwerke oder durch in die Metallschmelze eingeblasenes Spülgw. erzeugt werden können. Wird dieses mechanische Rühren im chargenweisen Betrieb durchgeführt, so ergeben sich dadurch für das Verfahren einige wesentliche Nachteile.

Mechanische Rührvorrichtungen sind verhätnismäßig verschleißanfällig und benötigen daher einen hohen Wartungsaufwand. Bei vielen Ofenlinien muß mechanisches Rühren aus Platzgründen mit der Hand erfolgen. Da die Qualität des Verfahrens damit weitgehend von der Sorgfalt des einzelnen Gießereiarbeiters abhängt, andererseits die Arbeit vom arbeitsphysiologischen Gesichtspunkt aus als unangenehm empfunden wird und arbeitshygienische Bedenken erweckt, resultieren daraus Fehlanalysen und nicht eingeplante Verzögerungen des Arbeitsablaufs durch Nachgattieren. Wird demgegenüber durch Gasspülung gerührt, εο müssen entsprechende Spülsteine in die Rezipienten eingebaut oder Spüllanzen verwendet werden, beides Vorrichtungen, weiche als besonders verschleißanfällig erscheinen. Durch das mechanische Rühren, insbesondere durch Gasspülung, wird zusätzliche Krätze gebildet, wobei sich im ungünstigen Fall die Zusatzmetalle in der Krätze anreichern können. Weiter werden durch dieses Vorgehen nicht nur die Zusatzmetalle eingeführt, sondern auch nichtmetallische Einschlüsse, beispielsweise Oxide, gleichmäßig in der Metallschmelze verteilt Dies ergibt Probleme infolge mangelnder Qualität bei und nach der Weiterverarbeitung des Gusses in Form von grauen Zeilen, von Werkzeugverschleiß und Porosität von Folien. Das mechanische Einrühren von Zusatzmetallen führt zu Verkrustungserscheinungen an Ofenwänden und dadurch zu hohem Wartungsaufwand. Der schwerwie5endste Nachteil liegt indessen in dem Umstand, daß die Homogenitätsanforderung (Mischgüte) bei mechanischem Rühren für viele Zusatzmetalle, wie Mn, Ti, Sr, Fe usw., nicht erreicht wird, so daß der Umweg über die kostenaufwendigen Vorlegierungen beschriften werden muß. (Vergleiche beispielsweise Aluminium-Vorlegierung DIN 1725 Blatt 3, Juni 1973; Aluminium-Taschenbuch, 13. Ausgabe, Düsseldorf 1974, S. 12-14.)

Während in den erwähnten Betriebsarten die für den Mischvorgang erforderliche Relativbewegung von bewegten Rührelementen erzeugt wird, welche ihre Bewegungsenergie auf die zu vermischenden Komponenten übertragen, verwendet der statische Mischer eine Relativbewegung, bei der feste Mischelemente als Hindernisse fungieren, und die zu vermischenden Komponenten ihre Bewegungsenergie von tiner Fördereinrichtung erhalten, welche den im Mischer auftretenden Druckabfall überwindet Statische Mischer bestehen nach dem Stand der Technik aus einem Rohrsystem mit einer Reihe derartiger feststehender Mischelemente, welche durch wiederholtes Teilen und Verlagern der Komponentenströme den Mischvorgang bewirken. Ein derartiger statischer Mischer kann charakterisiert werden durch die Homogenität (Mischgüte) des gemischten Produktes, den Druckabfall in dem Rezipientensystem und den allenfalls vorhandenen, erheblichen Wärmeübergang. (Vergleiche Bruenemann/John, Chemie-Ing.-Technik, 43 [1971], 348, sowie speziell zum Wärmeübergang J. Gömöri, Chemie-Ing. Technik, 49, [1977], 39 - 40.)

Statische Mischer eignen sich namentlich dazu, um hochviskose oder aggressive Flüssigkeiten untereinander oder mit Feststoffen kontinuierlich zu mischen. Sie haben sich aber auch auf dem besonderen Anwendungsgebiet des Mischens von Gasströmen, beispielsweise in der Klimatechnik, in den Zentralen von Kälte-Wärme-Prüfanlagen sowie in Trocknungsanlagen für die verschiedensten Güter besonders bewährt (J.Gömöri, Statisches Mischen von Gasströmen, Chem-Ing.-Technik, 49 (1977), 39-40.) Nach dem Stand der Technik teilen dabei die feststehenden Leitelemente die Flüssigkeits- oder Gasströme, leiten Teilströme um und führen Teilströme wiederum zusammen, wodurch Schichten von Material wechselnder Zusammensetzung erzeugt werden, deren Anzahl mit der Anzahl der verwendeten Leitelemente wächst Durch geeignete Wahl der Leitelemente, insbesondere durch Maximierung ihrer Anzahl innerhalb vorgegebener Rahmenbedingungen läßt sich theoretisch jede erforderliche Mischqualität erreichen.

Statische Mischer weisen nach dem Stand der Technik keine beweglichen Teile auf; der im Mischer auftretende Druckabfall muß von der Fördereinrichtung überwunden werden. Die erforderliche Mischarbeit wird dabei neben anderem durch eine Herabsetzung der kinetischen Energie der Stoffströme geleistet und äußert sich durch entsprechenden Druck- und Geschwindigkeitsverlust der Mischung (J. Gömöri, a.a.O., O.A. Pattison, Motionless Inline Mixers, Chem. Eng. 19S9 (5), 94 ff.; T. B ο r, The Static Mixer as a Chemical Reactor, Brit Chem. Eng. 1971, 610-612; H. Bruenemann/G. John, Mischgüte und Druckverlust statischer Mischer mit verschiedenen Bauformen, Chemie-Ing.-Technik 43, [1971], 348-356, Ullmann's Enzyclopädie der technischen Chemie, 4. A. 1972, Band 2,267 ff.).

In den im Stand der Technik offenbarten Ausführungsformen sind die statischen Mischer indessen für die Legierungsherstellung nicht geeignet, da der Transport

to von Metallschmelzen in geschlossenen Rohrsystemen zusätzliche verfahrenstechnische Probleme schafft. Wird der Mischer als geschlossener Strömungskanal ausgeführt, der seinen Eingangsdruck von konventionellen Pumpen bezieht, und wird dabei die Verbindung zwischen Strömungskanal und Leitelementen dauerhaft ausgeführt, so besteht die Gefahr, daß die Vorrichtung wegen der dauerhaften Verankerung der Leitelemente im Strömungskanal verstopft Dabei fördert gerade die Maximierung der Anzahl der Leitelemente, welche zur Optimierung der Mischungsqualität wünschbar erscheint diesen Vorgang erheblich (US-PS 28 94 732 der Shell Co., 30 51 452, 30 51 453 und 31 82 965, 32 06 170 der American Enka Co., US-PS 31 95 365 der Dow Badische Co.).

Weiter führt die Ausführung des Mischers als geschlossener Strömungskanal zu hohem Druckabfall infolge der Reibung der Mischungskompontnten an den Leitelementen. Je höher die Anzahl dieser Leiteiemente dabei ist, um so stärker ausgeprägt ist der Druckabfall zwischen Eintritt des Materials in den Mischer und seinem Austritt daraus. Im günstigsten Fall beträgt der Druckverlust im statischen Mischer den vierfachen Wert eines vergleichbaren leeren Strömungskanals (O. A. P a 11 i s ο η, a. a. O, S. 95), was dazu führt, daß der Druckabfall im Mischer durch eine entsprechende Fördereinrichtung überwunden werden muß.

Schließlich bewirkt die Ausführung des Mischers als geschlossener Strömungskanal mit fest eingebauten

Leitelementen, daß die letzteren schlecht zugänglich und daher schlecht mechanisch zu reinigen sind. Dies führt gegebenenfalls zu erhöhter Korrosionsgefahr und zu entsprechend niedriger betrieblicher Lebensdauer der Vorrichtung. Bei wertvollem Mischgut fallen darüber hinaus die aus demselben Grund entstehenden Stoffverluste ins Gewicht. Diese sind um so höher, je höher die aus anderen Gründen erwünschte Anzahl der Leitelemente im Mischer ist

Endlich verlangt die übliche Ausführungsform des statischen Mischers eine verhältnismäßig komplizierte Geometrie der Leit- und Mischelemente, damit die sogenannte Kanalbildung im Mischgut vermieden wird, worunter grobe Inhomogenitäten des Produkts in Form von einzelnen Durchbrüchen einer einzelnen Mischungskomponente zu verstehen sind (B r u e η e mann/John, a.a.O. S. 352). In einer der üblichen Ausführungsformen des statischen Mischers ist diesem Problem dadurch Rechnung getragen worden, daß je ein oder mehrere links- und rechtswendige Leitelemente in Form verdrillter Bleche hintereinander in Serie angeordnet worden sind (O.A. Pattison, a.a.O. S. 95). Eine besonders komplizierte Geometrie weisen die Misch- und Leitelemente in der Ausführungsform von US-PS 3195 865 auf. Derartig komplizierte geometrische Anordnungen verursachen hohe Fertigungskosten, welche noch dadurch erhöht werden, daß an die mechanischen Eigenschaften der Verbindung zwischen Leitelement und Strömungskanal hohe Anforderungen gestellt werden müssen, damit die verhältnismäßig hohen Druckunterschiede kompensiert werden können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Prinzip des statischen Mischers für das Gebiet der Legierungsherstellung aus Metallschmelze und fester Zulegierung verfügbar zu machen und an die besonderen Anforderungen dieses Gebiets anzupassen.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Erfindung verfahrensmäßig durch die Merkmale des Anspruchs 1 und vorrichtungsmäßig durch die Merkmaie des Anspruchs 7 gekennzeichnet

Mit der Erfindung werden die geschilderten Nachteile des Standes der Technik so weit wie möglich vermieden. Gegenüber dem chargenweisen, manuellen Zumischen ergibt sich der Vorteil, daß die Qualität der hergestellten Legierung nicht mehr von der Arbeitsleistung des mit dem manuellen Durchmischen der Schmelze betrauten Gießereiarbeiters abhängt und daß es folglich ermöglicht ist, die Konstanz der Endkonzentration der Zuiegierungselemente zn erhöhen. Da ein mechanisches Rühren unterbleibt wird die Krätzebildung gegenüber der chargenweisen Legierungsherstellung erheblich vermindert

Außerdem können schwer lösliche Zusatzmetalle, wie beispielsweise Mangan oder Titan in der Form des Reinmetalls, ohne Umweg über Vorlegierungen zulegiert werden, insbesondere wenn als Metallschmelze eine Aluminiumschmelze verwendet wird, die bei einer 800⁰C übersteigenden Temperatur unmittelbar der Elektrolysezelle entnommen wird. Schließlich ist die Gefahr vermindert, daß durch das manuelle Rühren mit dem Rührwerkzeug oder durch Beschädigung der Ofenwand Verunreinigungen in das legierte Endprodukt eingeschleppt werden, die die Qualität des Produktes beeinträchtigen und unter Umständen zu erheblichen wirtschaftlichen Verlusten führen können. Durch die auswechselbare Anordnung der als Strömungshindernis dienenden Granulatschicht ist das Mischaggregat leicht zu reinigen und wirkt sich ein Verstopfen durch erstarrtes Metall weniger nachteilig aus als bei dauerhaft eingebautem Strömungshindernis. Im allgemeinen ist der Durchlaufbehälter dem atmosphärischen Luftdruck zugänglich, so daß die Mischarbeit durch die Differenz des metallostatischen Drucks der Schmelze zwischen Eintritt und Austritt aus dem Durchlaufbehälter geleistet wird. Der Legierungszusatz wird in der Regel in stückiger Form, beispielswei- se feinstückig oder als Granulat, eingetragen.

Vorzugsweise ist eine mechanische Dosier- und Fördereinrichtung zum Eintragen des Legierungszusatzes in die strömende Metallschmelze vorgesehen. Man kann aber auch so arbeiten, daß man jeweils eine abgewogene Menge des Legierungszusatzes vor dem Einlaufen der Metallschmelze auf die Schüttschicht legt oder mit dem Granulat der Schüttschicht vermischt und erst danach die Metallschmelze durch den Durchlaufbehälter leitet Auch derartige, intermittierende Arbeitsweisen sollen noch unter den Begriff der »kontinuierlichen Legierungsherstellung« fallen.

Weitere bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung wird im folgenden anhand mehrerer Ausführungsbeispiele noch näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 ein konstruktives Fließbild des Verfahrens zur Herstellung von Legierungen unter Verwendung des statischen Mischers,
Fig.2 einen Querschnitt durch einen statischen Mischer zur Legierungshersteilung mit eingebauter Abstehkammer,

Fig.3 einen Querschnitt durch einen statischen Mischer zur Legierungsherstellung, bei dem der Eintritt der Metallschmelze und der Austritt der Legierung auf verschiedenen Niveaus erfolgt,

F i g. 4 — 5 verschiedene Formen von Dosierungsvorrichtungen für die Zuführung mehrerer verschiedener Zulegierungsmaterialien in den statischen Mischer. Das in dem konstruktiven Fließbild (Fig. I) schematisch dargestellte Verfahren umfaßt die drei apparativen Komplexe des Ofens (I), des statischen Mischers (II) im engeren Sinn, und der Dosier- und Fördereinrichtung für die Zulegierung (III). Aus dem Abstehofen (a) gelangt die unlegierte Metallschmelze (b) zunächst in

die mit einer losen Schüttschicht gefüllte Filterkammer (c) des statischen Mischers, wo sie mit der kontinuierlich zugeführten Zulegierung (d) vermischt wird. Anschließend an die Filterkammer (c) fließt das Produkt in eine Abstehkammer (e), wo ihm Proben entnommen werden

so können, weiche der Analyse (f) zugeführt werden. Vom Ergebnis derselben hängt es ab, ob die Dosierung der Zulegierung geändert wird, was mit dem Pfeil (g) versinnbildlicht wird. Anschließend kann das Produkt in einer zweiten Abstehkammer (h) gesammelt werden und von dieser schließlich in die Gießmaschine (I) gelangen.

Zwei verschiedene Ausführungsformen der Mischkammer sind in den F i g. 2 und 3 beispielhaft dargestellt und gestatten die nachstehende Ausführung des Verfahrens: Die unlegierte Metallschmelze 1, vorzugsweise eine Aluminiumschmelze, welche beispielsweise bei einer 800° C übersteigenden Temperatur unmittelbar der Elektrolysezelle entnommen werden kann, fließt zunächst in einen Durchlaufbehälter 2 aus feuerfestem Material, welcher mit einer losen Schüttschicht aus Granulat 4 gefüllt ist Diese Schüttschicht kann nach dem Gebrauch der Vorrichtung ausgewechselt werden, wodurch die Reinigung der Mischkammer gewährleistet

ist. Eine geeignete Auswahl der Partikelgröße des Granulats gestattet es dabei, die Mischgüte der Legierung entsprechend den Anforderungen des Einzelfalles zu variieren.

Als Material für das Granulat kommen beispielsweise Korund, Zirkonoxid, Kohlenstoff, Silikate, namentlich Quarz und Kombinationen dieser Materialien in Frage. Hinsichtlich der Partikelgröße hat es sich als zweckmäßig erwiesen, diskrete Durchmesser durch Aussieben zu gewinnen und anstelle von Gemischen mit Gauss'scher Normalverleilung der Partikeldurchmesser zu verwenden. Für die Herstellung von Aluminiumlegierungen haben sich beispielsweise Granulate aus Korund mit einem größten Durchmesser vor. 5 bis 6 cm bewährt. Zur Erzielung einer konstanten Mischgüte empfiehlt es sich, die Schüttschicht aus einem Grundmaterial aufzubauen, welches aus Partikeln eines inerten Materials, beispielsweise Korund, mit einem größten individuellen Durchmesser zwischen 5 und 6 cm besteht, und dieses Grundmaterial wie folgt mit Zusätzen zu kombinieren: Handelt es sich bei der Zulegierung um ein schwer legierbares Material, so kann es vorteilhaft sein, eine Schicht von 20 - 30 cm der Schüttschicht mit einem feineren Granulat, beispielsweise aus Quarz, zu versehen, dessen Partikelgröße in erhitztem Zustand unter jener der Zulegierung liegt. Dadurch werden die schwer legierbaren Zusätze in den oberen Regionen der Schüttschicht zurückgehalten und die Zulegierung wird gewissermaßen aus ihren eigenen Partikeln extrahiert, was die Erzielung höherer Konzentrationen schwer legierbarer Zusätze ermöglicht

Gute Ergebnisse können auch dadurch erzielt werden, daß die Schüttschicht Granulat zweier verschiedener diskreter Partikelgrößen auf das Filterbett verteilt enthält, deren Durchmesser in einem Verhältnis von mindestens 6 :1 stehen. Dabei hat es sich als zweckmäßig erwiesen, für die Partikel mit dem kleineren Durchmesser ein Material mit geringerer Wärmeleitfähigkeit zu verwenden als für die Partikel mit dem größeren Durchmesser.

Die Zulegierung 3 gelangt durch eine der in den Fig.4 bis 5 dargestellten Dosiervorrichtungen in feinstückiger Form oder als Granulat in die Mischkammer, wobei im Falle mehrerer Komponenten dieser Zulegierung die Dosiervorrichtung bereits für eine gewisse Vormischung sorgt Es hat sich dabei als zweckmäßig erwiesen, ein Granulat der Zulegierung mit einem größten Durchmesser zwischen 0,5 und 1 cm zu verwenden.

Die starre Schüttschicht 4 im Durchlaufbehälter 2 wirkt in dieser Anordnung als Strömungshindernis, dessen Qualität durch eine entsprechende Wahl der Partikelgröße variiert werden kann. Zur Vermeidung von Abbrand und Krätzebildung können die noch nicht völlig vermischten Komponenten durch einen Deckel, welcher den Flüssigkeitsspiegel der Metallschmelze berührt, vor dem Luftsauerstoff geschützt werden. Die Vorrichtung der Fig.2 und 3 erscheint nach dem Gesagten vor allem geeignet, um Metalle zuzulegieren, deren Auflösungsgeschwindigkeit so gering ist, daß sie gemäß dem Stand der Technik in Form von Vorlegierungen zugeführt werden müssen (Mn, Cr, Ti usw.), deren Zuführung mit Schwierigkeiten infolge Abbrennen oder Verdampfen verbunden ist (Mn, Zn), oder welches in feinstückiger Form wirtschaftlicher oder in besserer Qualität angeboten wird (z. B. Silizium). Die fertig gemischte Legierung 5 tritt nach dem Durchströmen dieser Schüttschicht aus der Mischkammer aus, entweder nachdem sie in einer Abstehkammer gesammelt worden ist, welche ihrerseits durch eine Trennwand 6 begrenzt wird, welche eine oder mehrere Durchlauföffnungen 8 aufweist (F i g. 2), oder durch eine Austrittsöffnung am unteren Rand des Durchlaufbehälters (F i g. 3). Das legierte Produkt kann anschließend in eine zweite Abstehkammer (Fig. 1, h) eingeleitet werden und von dort in die Gießmaschine eingeführt werden. Proben für die Analyse der chemischen

ίο Zusammensetzung des Produktes können sowohl aus der Aufstiegskammer in einer Anordnung nach F i g. 2, als auch aus der Abstehkammer (Fig. 1, h) entnommen werden.

Üblicherweise werden die Zülcgicrungen in der Form von Granulaten zugeführt, welche verhältnismäßig schwer rieselfähig sind und mittlere bis hohe Verschleißeigenschaften aufweisen, welche es bei der Auslegung der Fördermittel entsprechend zu berücksichtigen gilt. Von diesen letzteren wird eine rechnerische Dosiergenauigkeit von ±0,2-2% bezogen auf eine Minute Dosierzeit gefordert, aber in der Praxis angestrebt, daß die Abweichungen unter ± 1% liegen.

In der in F i g. 4 dargestellten Vorrichtung befinden sich die Zulegierungskomponenten in einem oder mehreren Fördersilos 9, in deren Auslaufkonus ein umlaufender Schneckenförderer 10 ragt, welcher mit einem Elektromotor 11 angetrieben wird. Wird der Schneckenförderer in der einen Drehrichtung betrieben, so dient er gegebenenfalls zum Vormischen der verschiedenen Granulate; wird er reversiert, so ermöglicht er eine Zwangsentleerung des Silos und damit eine sehr fein regelbare und konstante Förderung des Granulates bzw. der verschiedenen Granulate, welche anschließend durch einen Abfüllstutzen 12 in einen Zulauftrichter 13 gelangen, welcher so ausgelegt ist, daß er eine größere Zahl von derartigen Abfüllstutzen aufnehmen kann. Die Verwendung des Schneckenförderers 10 im Auslaufkonus der Fördersilos 9 ermöglicht es, auch Granulat, welches durch äußere Einwirkungen zusammengebacken ist, beim Fördern zu zerkleinern und derart wiederum in eine riesel- und dosierfähige Form zu bringen. Der Auslauftrichter 13 mündet seinerseits in einen horizontal montierten Schneckenförderer 14, der durch einen Elektromotor 15 angetrieben wird. Der FörHc. Vorgang innerhalb dieses zweiten Schneckenförderers 14 bewirkt eine entsprechende Vormischung der verschiedenen Zulegierungskomponenten, weiche schließlich durch einen Abfüllstutzen 16 auf die Oberfläche der strömenden Metallschmelze gelangen. IJm Oxidation durch Luftsauerstoff und erhöhte Krätzebildung zu vermeiden, wird die Höhe des freien Falls (16, 1) nach Möglichkeit minimiert und die Oberfläche der strömenden Schmelze gegebenenfalls durch eine Abdeckplatte abgeschirmt (in den F i g. 4 und 5 nicht eingezeichnet).

In der in Fig.5 dargestellten Dosiervorrichtung befinden sich die Zulegierungskomponenten in mehreren Fördersilos 9, in deren Auslaufkonus in der in F i g. 4 dargestellten Art ein umlaufender Schneckenförderer 10 ragt Die Abfüllstutzen dieser Fördersilos münden in eine geneigte Schwingrinne 17, weiche mittels Federverbindungen auf dem Untergrung gelagert ist und durch einen Magnetantrieb 18 mit variabler Frequenz angeregt werden kann. Bei entsprechender Wahl des Neigungswinkels der Rinne und der Anregungsfrequenz bewegt sich das Granulat auf der Unterlage sowohl springend als auch rutschend. Eine etwas dickere Schicht des Granulats verhält sich dabei annähernd wie

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eine einheitliche Masse, die in der Art eines plastischen Stoßes auf die Unterlage auftrifft. Durch diesen Fördervorgang wird eine Vormischung der verschiedenen Materialien bewirkt, bevor diese auf die Oberfläche der Metallschmelze 1 und dadurch in die Mischkammer 2 gelangen, in welcher die eigentliche Legierungsbildung stattfindet. An Stelle der Schwingrinne kann auch ein umlaufender Band- oder Tragkettenförderer verwendet werden, wobei bei einem solchen allerdings der Vormischungseffekt geringer bleibt.

Das Verfahren wird dadurch gesteuert, daß die einzelnen Antriebsvorrichtungen für die Dosiervorrichtung (Elektromotoren 11 und 15 bzw. Magnetantrieb 18) über einen elektronischen Rechenautomaten eingestellt werden. Als Eingangswert für diesen Rechenautomaten kann dabei der Sollwert oder Istwert der Analyse der Legierung verwendet werden, wobei letzterer durch periodische Probenahme aus einer Abstehkammer (Fig. 1, II-h) ermittelt wird. Daneben können als Eingangswerte auch die Analyse des im Gießofen befindlichen Metalls, die Analyse der verwendeten Vorlegierungen, und/oder die Barrenzahl, das Barrengewicht und die Gießgeschwindigkeit Anwendung finden.

Nach dem Stand der Technik muß zwischen der Probenahme aus dem Abstehgefäß (Fig. 1, II-h) und dem Ausdrucken der Analysenwerte mit einer zeitlichen Verzögerung von einigen Minuten gerechnet werden. Über geeignete Analysencomputer können indessen die meisten der erwähnten Analysenwerte direkt zum Ansteuern der Dosiervorrichtung verwendet werden, wodurch ein manuelles Einlesen derselben in den Prozeßrechenautomaten entfällt. Ein derart steuerbares Verfahren erscheint namentlich geeignet zum Einsatz von kontinuierlichen Gießmaschinen für Bandguß oder

ίο Horizontalstrangguß.

In einem betrieblichen Anwendungsbeispiel wurde Magnesium in Form von Einzelstücken zu je 100 g in eine Mischkammer entsprechend Fig.2 eingetragen und die Anlage mit einem Durchsatz von 61 Aluminiumschmelze pro Stunde gefahren, wobei die Eintrittstemperatur des Aluminiums 700° C betrug. Bei einem Volumen des leeren Mischers von 0,5 m³, entsprechend ungefähr 0,2 m³ nach Einbringen der Schüttschicht, wurde eine rechnerische Dosiergenauigkeit von ±0,2-2% bezogen auf eine Stunde Dosierzeit gefordert. Die Homogenitätsanforderungen des legierten Produktes lagen bei ±5% des Gewichts der Zulegierung im Endprodukt während einer Zeitdauer von über 95% der gesamten Betriebszeit, ausschließlich der Zeit für Anfahr- und Abschaltvorgänge.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

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Claims (18)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Legierungen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Legierungszusatz in fester Form in einen mit einer losen und auswechselbaren Schüttschicht aus Granulat versehenen und von einer Metallschmelze aufgrund ihres metallostatischen Drucks durchströmbaren Durchlaufbehälter eingebracht und dort '° gelöst wird und daß die Mischungskomponenten beim Durchströmen der Schüttschicht von den als Leit- und Mischelementen wirkenden Granulatpartikeln mehrmals zerteilt und wiedervereinigt werden und den Durchlaufbehälter in gemischtem Zustand verlassen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Anpassung an die jeweils gewünschte Mischgüte eine passende Partikelgröße des Granulats der Schüttschicht gewählt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Legierungszusatz mittels einer mechanischen Dosier- und Fördereinrichtung in die strömende Metallschmelze eingetragen wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß verschiedene Legierungszusätze nach einer Vormischung in der Fördereinrichtung in die Metallschmelze eingetragen werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erforderliche Menge des Legierungszusatzes vor dem Einlaufen der Metallschmelze auf die Schüttschicht gelegt oder mit dem Granulat der Schüttschicht vermischt in den Durchlaufbehälter eingebracht wird und daß dann die Metallschmelze durch den Durchlaufbehälter geleitet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Le£ierungszusatz aus einem an der Schüttschicht festgehaltenen Gemisch extrahiert wird.

7. Statischer Mischer zur Herstellung von Legierungen nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Durchlaufbehälter (2) für die Metallschmelze (1), in den der Legierungszusatz (3) einbringbar ist, ein Strömungshindernis für die Metallschmelze in der Form einer auswechselbaren Schüttschicht aus wärmebeständigem Granulat (4) enthält

8. Statischer Mischer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchlaufbehälter (2) aus einer einzigen, granulatgefüllten Filterkammer besteht

9. Statischer Mischer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet daß der Durchlaufbehälter (2) aus einer Filterkammer (c) und mindestens einer Abstehkammer ^besteht

10. Statischer Mischer nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Granulat (4) aus mindestens einem der nachfolgenden Materialien besteht: Korund, Zirkoniumoxid, Kohlenstoff, Silikate.

11. Statischer Mischer nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Granulat (4) ausgesiebt ist und daß die größten Durchmesser ^r der einzelnen Granulatpartikel 5 bis 6 cm betragen.

12. Statischer Mischer nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Granulat

(4) Granulatpartikel zweier verschiedener Größen aufweist, deren Durchmesser in einem Verhältnis von mindestens 6 :1 stehen, und daß die Wärmeleitfähigkeit des Materials mit der kleineren Partikelgröße kleiner ist als diejenige des Materials mit der größeren Partikelgröße.

13. Statischer Mischer nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Schüttschicht aus zwei Schichten verschiedener Partikelgröße besteht, von denen diejenige mit der kleineren Partikelgröße über der anderen angeordnet ist

14. Statischer Mischer nach einem der Ansprüche 7 bis 13, gekennzeichnet durch eine mechanische Dosier- und Fördereinrichtung (9, 10, 14; 9, 10, 17) -zum Einbringen des Legierungszusatzes.

15. Statischer Mischer nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosier- und Fördereinrichtung mindestens ein Fördersilo (9) aufweist, in dessen Auslaufkonus eine von einem Elektromotor (11) angetriebene Förderschnecke (10) eingebaut ist

16. Statischer Mischer nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosier- und Fördereinrichtung eine in horizontaler Achse umlaufende Förderschnecke (14) mit Zulauftrichter (13) aufweist, welche zur Vormischung verschiedener Legierungszusätze (3) untereinander vor dem Eintragen in die Metallschmelze (1) dient

17. Statischer Mischer nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosier- und Fördereinrichtung eine Schwingrinne (17) aufweist, welche von einem Magnetantrieb (18) bewegt wird und zur Vormischung verschiedener Legierungszusätze (3) untereinander vor dem Eintragen in die Metallschmelze (1) dient

18. Statischer Mischer nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosier- und Fördereinrichtung einen umlaufenden Bandförderer enthält, welcher zur Vormischung verschiedener Legierungszusätze (3) untereinander vor dem Eintragen in die Metallschmelze (1) dient