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Verfahren zur Herstellung von zu Körpern geformten Schwer- und Leichtmetallen
und/oder deren Carbiden Das Patent 745 269 betrifft ein Verfahren zur Herstellung
von Metallen und/oder deren Carbiden durch Erhitzen von gemahlenen Metalloxyden
oder oxydischen Erzen in Mischung mit Kohle. Die Ausgangsstoffe, d. h. Metalloxyd
oder oxydisches Erz sowie Kohle in Form von Ruß, Graphit, Koks od. dgl., werden
hierbei in eine innige Mischung gebracht und sodann im unmittelbaren Stromdurchgang
zwischen druckausübenden Teilen erhitzt, die dem Gemisch den Strom zuführen. Als
besonders vorteilhaft hat sich bei diesem Verfahren die Anwendung von Vorrichtungen
herausgestellt, die aus druckausübenden Walzen bestehen, die unter elektrischer
Spannung liegen. Die Reaktion und die dazu erforderliche Temperatur treten dabei
in dem Spalt zwischen den beiden Walzen auf. An Stelle zweier Walzen kann auch eine
kollergangartige Vorrichtung benutzt werden. Hierbei wird die Temperatur im Walzenspalt
nur so weit gesteigert, daß die gewünschten Reaktionen eintreten, d. h. das Metalloxyd
reduziert wird oder außer der Reduktion noch eine Karburierung eintritt. Das Reaktionsprodukt
fällt hierbei als Pulver an, das entweder ohne weiteres oder nach Zerkleinerung
durch
Mahlen der Erzeugung von Sinterformkörpern zugeführt wird.
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In weiterer Ausbildung dieses Verfahrens wird erfindungsgemäß vorgeschlagen,
eine Steigerung der Temperatur im Walzenspalt über die Reaktionstemperatur hinaus
bis zur Sintertemperatur vorzunehmen. Es gelingt auf diese Weise, im fortschreitenden
Verfahren gesinterte Formkörper zu erzeugen. Die Formkörper können hierbei als Platten,
Stäbe, Schienen od. dgl. den Walzenspalt verlassen. Es ist auf diese Weise möglich,
ausgehend von Metalloxyden .und Kohlenstoff, unmittelbar gesinterte metallische
Formkörper zu erhalten, und sofern man von Gemischen verschiedener Metalloxyde oder
Metallsäuren ausgeht, ist es möglich, z. B. Formkörper aus Metallegierungen zu erzeugen.
Auch ist es möglich, auf diese Weise solche Metallegierungen herzustellen, die neben
metallischen Bestandteilen auch noch Carbide enthalten.
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Die Höhe der anzuwendenden Temperatur ergibt sich unter Berücksichtigung
der durchzusetzenden Stoffe und der sich abspielenden Reaktionen. Das Verfahren
ist grundsätzlich anwendbar auf alle Stoffe und Stoffgemische. Die Sintertemperatur
des erzeugten Metalls bzw. der erzeugten Legierung muß höher sein als die erforderliche
Reduktionstemperatur. Insbesondere darf naturgemäß die Reduktion nicht bei einer
Temperatur erfolgen, bei der das Metall wie beim Zink bereits dampfförmig und die
Sintertemperatur mithin längst überschritten ist. Die allen Metallen eigene Sinterfähigkeit
kann bei der Erzeugung von Legierungen durch geeignete Wahl der einzelnen Legierungskomponenten
im Hinblick auf das Hervorbringen besonderer Eigenschaften des Endkörpers beeinfiußt
werden, wie dies dem Grundsatz nach in der Pulvermetallurgie bekannt ist.
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Das Verfahren .der fortschreitenden Herstellung von Sinterkörpern
ist indes nicht darauf beschränkt, daß zuvor unter allen Umständen eine Reaktion
eingetreten sein muß, vielmehr ist es auch möglich, auf andere Weise erhaltene Pulver
reiner Metalle oder auch Pulvergemische reiner Metalle zu verwenden und so im förtschreitenden
Verfahren zu Sinterkörpern zu gelangen. Allein oder im Gemisch miteinander können
auch. Pulver von Metallcarbi,den, Nitriden, Boriden oder Siliziden durchgesetzt
werden. Selbstverständlich sind auch Mischungen dieser metalloidgebundenen Metalle
mit reinen Metallen möglich, so daß Formkörper entstehen, die neben Metallen auch
Metallcarbide usw. enthalten, wie dies z. B. bei den Hartmetallen der Fall ist,
die zur Herstellung spanabhebender Werkzeuge, verschleißfester Teile u. dgl. benutzt
werden.
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Es ist weiterhin erfindungsgemäß möglich, eine Art Kombination der
beiden obengenannten Arbeitsweisen durchzuführen, wenn es sich darum :handelt, oxydische
Erze zu verarbeiten. Es kann dabei so verfahren werden, daß das pulverförmige Erz
und zur Reduktion ausreichende Mengen an Kohlenstoff gemischt, in einem ersten Durchgang
durch den Walzenspalt unter Erhitzung auf Reaktionstemperatur zu Metall reduziert
wird. Das anfallende pulverförmige Erzeugnis enthält neben dem reduzierten Metall
noch Schlacke, die aus dem Erz stammt, und überschüssige Kohle. Schlacke und Kohle
werden aus dem Gemisch abgetrennt, wozu man sich der bekannten Verfahren der Flotation
oder der magnetischen Scheidung bedienen kann. Das auf diese Weise von der Schlacke
abgetrennte Metall wird in einem weiteren Durchgang durch den Walzenspalt zu Formkörpern
fortschreitend zusammengesintert. Das Verfahren bietet in besonders vorteilhafter
Weise die Möglichkeit der Erzeugung gewünschter Legierungen für die Metallformkörper,
indem dem reduzierten und von der Gangart getrennten Metall Legierungselemente zugesetzt
werden, die ebenfalls aus einem Verfahren stammen, in welchem Metalloxyde oder Erze
im unmittelbaren Stromdurchgang reduziert worden sind. Es können aber auch nach
sonstigen Verfahren hergestellte Metalle, Metallgemische oder sogar auch Legierungen
zugefügt werden.
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Die verfahrungsgemäß erzeugten Formkörper fallen im ununterbrochenen
Strang an. Es ergibt sich aber die einfache Möglichkeit der Unterteilung dadurch,
daß unter Aufrechterhaltung des Walzenumlaufes der an den Walzen liegende Strom
kurzzeitig unterbrochen wird, um die Aufteilung auf gewünschte Längen vorzunehmen;-
denn durch das Ausschalten des Stromes wird auf eine kurze Strecke des Durchsatzes
eine Sinterung verhindert. Diese Möglichkeit ist von Bedeutung, wenn Formkörper
aus besönders harten und verschleißfesten Legierungen erzeugt werden, weil auf diese
Weise die meist schwierige mechanische Trennarbeit gespart werden kann. Bei der
Erzeugung von Formkörpern aus Legierungen, die durch spanabhebende Werkzeuge nicht
schwer zu bearbeiten sind, kann selbstverständlich auch eine mechanische Aufteilung
des Stranges vorgesehen werden.
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Um die Erzeugung von Formkörpern zu gewährleisten, die in jeder Hinsicht
gleichmäßig sind, ist es vielfach nötig, die Temperatur über die Länge des Walzenspaltes
auf unterschiedlicher Höhe zu halten. So wird z. B. bei der Erzeugung eines profilierten
Körpers an Stellen geringen Querschnittes der Stromdurchgang geringer sein müssen
als an anderen, wenn ein unerwünschtes Schmelzen verhindert werden soll. Diese Steuerung
der Temperatur kann erreicht werden, indem auf Teilabschnitten der Walzenspaltlänge
Papierstreifen fortlaufend mit durch den 'Spalt geführt werden. Die Papierstreifen
verhindern weitgehend den Stromdurchgang, und da sie im Verlauf des Verfahrens verkohlen,
stören sie seinen Ablauf nicht.
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Zur Durchführung der Verfahren werden vorzugsweise Walzen in der Form
von Walzenbrechern benutzt, wie solche in dem Patent 745:269. beschrieben sind.
Die Walzen, .die zweckmäßigerweise mittels durchlaufender Stahlrohre gekühlt werden,
bestehen aus Kohle oder Graphit. In weiterer Ausbildung dieser Vorrichtung wird
erfindungsgemäß vorgeschlagen, die Walzen mit entsprechenden Profilierungen zu versehen,
so daß nicht nur Platten
erzeugt werden können, sondern z. B. auch
Winkeleisen, T-Eisen; Stäbe mit verschiedenen Profilierungen und Schienen der verschiedensten
Art. Die Tatsache, daß die Walzen aus Kohle oder Graphit bestehen, beschränkt die
Anwendung des Verfahrens nicht auf Formkörper geringer Abmessungen, im Gegenteil
können auch große Körper, wie Eisenbahnschienen für Normalspur od. dgl., nach dem
Verfahren hergestellt werden. Es ist lediglich durch entsprechende Maßnahmen dafür
zu sorgen, daß der im Walzenspalt fließende Strom keine Stellen besonders geringer
Schichtung des Durchsatzgutes vorfindet, weil solche dünnen Schichtungen leicht
zum Schmelzen neigen. Wenn dünne Schichtungen nicht zu vermeiden sind, ist der Stromdurchgang
an diesen Stellen zu verringern, z. B. durch Papiereinlagen. An Stelle von Walzen
aus Graphit oder Kohle können auch Walzen aus Stahl, Gußeisen, Metall oder Metalllegierungen
benutzt werden. Da die Walzen wassergekühlt sind, können selbst Walzen aus Kupfer
benutzt werden, was unter Umständen gewisse Vorteile bringt. Diese aus anderen Werkstoffen
als Graphit oder Kohle bestehenden Walzen müssen mit einem das Ankleben des Durchsatzgutes
an den Oberflächen verhindernden Anstrich versehen sein. Hierzu wird z. B. Graphitschmiere
oder Kunstharz verwendet.
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Insbesondere bei der Herstellung von Platten ist es zweckmäßig, den
Walzenspalt seitlich zu begrenzen, .damit einerseits in die Form eingesetztes pulverförmiges
Gut nicht seitlich aus dem Walzenspalt herausfällt und andererseits kantenreine
Formkörper erzielt werden. Zu diesem Zweck werden an den Walzenenden Platten aus
elektrisch nichtleitendem, vorzugsweise feuerfestem Werkstoff vorgesehen.
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In weiterer Ausgestaltung der Profilierung der Walzen können diese
auch aus einzelnen Ringen zusammengesetzt sein. Die Ringe werden dabei, gegeneinander
isoliert, auf eine tragende Achse aufgeschoben. Die einzelnen Ringe können dabei
verschiedene Durchmesser aufweisen, so daß dem Durchsatzgut Profilierungen erteilt
werden. Die Ringe können ferner an verschieden hoher Spannung liegen und auch aus
verschiedenartigen Werkstoffen bestehen, um besonderen Erhitzungsverhältnissen im
Durchsatzgut gerecht werden zu können.
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Die erzeugten Formkörper können jeder ihrer Art und Zusammensetzung
entsprechenden Weiterverarbeitung unterworfen werden. Sie können entweder mit oder
ohne Zwischenerwärmung gewalzt, gehämmert, geschmiedet oder nach sonstigen Verfahren
warm oder kalt weiterverformt werden. Diese Weiterverarbeitung kann auch kontinuierlich
gestaltet werden, indem in der Vorrichtung hinter dem eigentlichen Sinterwalzenpaar
weitere Walzenpaare angeordnet werden, wobei die letzteren gegebenenfalls nicht
unter Spannung stehen und der weiteren Verformung in gleicher Hitze dienen. Diese
zusätzlichen Walzenpaare können entweder aus Graphit oder Kohle hergestellt sein
oder aber auch Stahl- oder Graugußwalzen sein, wie sie zum Kalt- oder Warmverformen
von metallischen Werkstoffen an sich üblich sind.
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In dem Patent 745 269 ist die mit einem Walzenpaar ausgerüstete Vorrichtung
senkrecht stehend dargestellt. Bei Benutzung einer solchen Vorrichtung können gewisse
Nachteile auftreten, weil das im fortschreitenden Strang .entstehende Gut nach unten
abgeführt werden muß. Es ist aber auch mög= lich, den Durchsatz durch eine derartige
Vorrichtung in waagerechter Richtung zu leiten. Es wird dabei ein senkrecht angeordneter
Fülltrichter seitlich vor dem Walzenspalt vorgesehen und das pulverförmige Gut durch
eine entsprechende Zuleitung mittels eines Stempels in den Walzenspalt hineingedrückt.
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Aber auch bei senkrechter Anordnung der Fülleinrichtung ist ein seitliches
Abführen des Formkörperstranges möglich, indem die Walzen des Sinterwalzenpaares
mit unterschiedlichem Durchmesser versehen werden oder bei gleichem Durchmesser
mit unterschiedlicher Tourenzahl umlaufen. Diese Maßnahme, die zu einem Ablenken
des Gutstranges von der geraden Vorschubrichtung führt, kann sinngemäß auch für
die nachgeordneten Walzenpaare angewendet werden.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung läßt sich nicht nur anwenden auf
die fortlaufende Erzeugung von gestreckten Formkörpern, sondern auch auf die Herstellung
von Ringen mit oder ohne Profilierung. Hierzu wird gemäß der Erfindung eine kollergangartige
Vorrichtung benutzt, die mit einer oder mehreren profilierten Walzen ausgerüstet
ist. Der Durchmesser des Kollergangtellers bestimmt den Durchmesser des zu erzeugenden
Ringes, während die Kollergangwalzen mit einer Profilierung versehen sind, die den
Innendurchmesser des Ringes bestimmt. Die Kollergangwalzen und auch der Rand des
Kollergangtellers können außerdem noch mit besonderen Profilierungen versehen sein,
um Ringformen besonderer Art zu erzeugen. Die Fülleinrichtung muß so ausgebildet
sein, daß sie die weitere Zufuhr von Einsatzgut unterbricht, wenn der Kollergangteller
einen einmaligen Umlauf beendet hat.-Bei entsprechender Profilierung der Walzen,
und zwar sowohl der Einrichtungen, die mit Walzenpaaren arbeiten, als auch derjenigen,
die mit Walzen und Kollergangteller arbeiten, ist es möglich, im ununterbrochenen
Verfahren Formkörper der verschiedensten Art und Zusammensetzung herzustellen. Gegenüber
den bekannten Verfahren bietet sich hierbei der Vorteil, daß alle Zwischenverarbeitungen
entfallen und vor allem das Arbeiten in Durchsatzöfen mit unterbrochenem Betrieb
vermieden wird. Dies ist von ganz besonderer Bedeutung für die Verarbeitung solcher
Stoffe, die unter Schutzgas, wie Wasserstoff, behandelt werden müssen, weil erfahrungsgemäß
das Anfahren und auch das Abkühlenlassen solcher Durchsatzöfen erhebliche Schwierigkeiten
mit sich bringt. Die Anwendung von Schutzgasen gestaltet sich dagegen besonders
einfach, weil lediglich eine Verkapselung der Walzen erfolgen muß, die ohnehin
nötig
wäre, um ein Verstauben des pulverförmigen Gutes zu vermeiden. In vielen Fällen
erübrigt sich die Anwendung des Schutzgases, weil infolge der gleichzeitig durchgeführten
Reaktionen Gase entstehen, die den Schutz des Gutes gegen Oxydation übernehmen.
Das entstehende Gas wird durch Stutzen aus der Verkapselung der Vorrichtung abgeleitet
und entweder unmittelbar verbrannt oder anderen Verwendungszwecken zugeführt.