DE10065914A1 - Fülldraht zur Behandlung von Schmelzen mittels Drahtinjektion - Google Patents
Fülldraht zur Behandlung von Schmelzen mittels DrahtinjektionInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Fülldraht zur Behandlung von Schmelzen, insbesondere Eisen- und Stahlschmelzen, mittels Drahtinjektion, mit einem äußeren Mantel aus Metall und einem Inhalt. Dieser Inhalt ist im Wesentlichen massives Magnesium. Um einen solchen Draht strörungsfrei mittels einer Injektionsmaschine in die Schmelze einspulen zukönnen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß der innere Magnesiumdraht segmentiert ist und zwar, daß die einzelnen Stücke entweder kleiner als 50 mm sind, oder aber von einer Länge zwischen 790 mm und 25000 mm sind.
Description
Diese Erfindung betrifft einen Fülldraht zur Behandlung von metallischen Schmelzen,
wobei der Wirkstoff einen Kochpunkt unterhalb der Anwendungstemperatur hat.
Der Einsatz von Fülldraht in der Metallurgie ist heute Stand der Technik. Der Füll
draht besteht immer aus einem metallischen Mantel, der den eigentlichen Wirkstoff
als Granulat oder Pulver einer oder mehrerer Komponenten umhüllt. In aller Regel
unterstützt die große Oberfläche des Wirkstoffes das metallurgische Ziel, denn der
Wirkstoff löst sich eben deswegen schnell auf.
Seit langem ist bekannt, daß die Werkstoffeigenschaften von Schmelzen, insbeson
dere von Gußeisen, nicht nur vom Anteil des Kohlenstoffs, sondern in entscheiden
dem Maße auch von der Ausscheidungsform des Kohlenstoffs in der Matrix bestimmt
wird. Der Kohlenstoff kann laminar, vermicular oder in Kugelform vorliegen. Die
Form der Ausscheidungen des Kohlenstoffes wird hauptsächlich durch Hinzufügen
von Magnesium beeinflußt. Ohne Magnesium scheidet sich der Kohlenstoff in lami
narer Form aus; abhängig von der einlegierten Menge des Magnesiums entstehen
vermiculare oder bei höheren Mengen kugelförmige Ausscheidungen.
Die Zugabe von Magnesium zu flüssigem Eisen oder Stahl ist allerdings aus zwei
Gründen sehr problematisch. Einerseits liegt der Siedepunkt des metallischen Mag
nesiums schon bei knapp 1100°C und somit deutlich unter der üblichen Behand
lungstemperatur von 1400 bis 1500°C bei Eisen und bei über 1600°C bei Stahl.
Durch das Einbringen des Magnesiums in eine Eisenschmelze entsteht ein Dampf
druck von über 1 Mpa, in der Stahlschmelze sogar über 2 Mpa. Andererseits liegt der
Zündpunkt von Magnesium knapp über dem Schmelzpunkt, daher brennt flüssiges
oder gasförmiges Magnesium bei Zutritt von Luft praktisch sofort. Diese Brände sind
kaum zu kontrollieren und mit den üblichen Löschmitteln nicht zu löschen; im Gegen
teil; mit Wasser entstehen schwere Explosionen. Gerade wegen des hohen Dampf
druckes ist das Verhältnis von eingebrachter Magnesiummenge zur Wirkmenge
(Ausbringen) sehr ungünstig.
Zur metallurgischen Behandlung von flüssigem Eisen und Stahl mit Magnesium ins
besondere zur Herstellung von Sphäroguß (kugelförmige Ausscheidung des Kohlen
stoffs) sind bereits verschiedene Verfahren bekannt. Sphäroguß wird zur Zeit über
wiegend nach vier Verfahren hergestellt:
- 1. Bei einem ersten Verfahren (Übergießverfahren) wird eine körnige magnesi umhaltige Vorlegierung auf dem Boden des Behandlungsgefäßes gelegt und mit flüssigem Eisen übergossen.
- 2. Bei einem zweiten Verfahren (Georg Fischer Konverterverfahren) ist vorgese hen, Magnesiummakeln bei liegendem Reaktor in eine spezielle, mit Bohrun gen versehene Kammer am oberen hinteren Teil einzubringen und durch Auf stellen des Reaktors in Kontakt mit dem flüssigen Eisen zu bringen.
- 3. Bei einem dritten Verfahren (Tauchverfahren) wird eine blockförmige, magne siumhaltige Vorlegierung in eine spezielle Vorrichtung in Art einer Tauchglocke gebracht und mittels dieser in ein mit flüssigem Eisen gefülltem Gefäß ein getaucht.
- 4. Schließlich ist bekannt, einen mit einer körnigen, magnesiumhaltigen Vorlegie rung, Mischungen aus körnigem Magnesium mit anderen Metallen oder Legie rung oder reinem körnigen Magnesium gefüllten Fülldraht in das flüssige Eisen mittels einer Drahtinjektionseinrichtung einzuspulen (Fülldrahtverfahren).
Die Verfahren, bei denen Magnesium in Form von Makeln eingebracht wird, haben
den Vorteil, daß die Reaktionen des Magnesiums aus kinetischen Gründen zeitlich
verzögert sind, da das Magnesium hierbei nur eine vergleichsweise Meine Oberflä
che hat. Daher kann das Magnesium tief in die Schmelze eingebracht werden, ohne
daß es schon auf diesem Weg in erheblichem Maße verdampft. Das Ausbringen des
Magnesiums ist daher besser als beim Einsatz von Magnesium mit körniger Struktur.
Dieses hat den erheblichen Nachteil der großen Oberfläche und aufgrund dessen
einer sehr schnellen Reaktion. Allerdings haben die Verfahren, bei denen das in die
Schmelze eingebrachte Magnesium nur eine kleine Oberfläche hat, in der Regel den
Nachteil eines großen anlagetechnischen Aufwands. Außerdem ist es aufgrund der
vergleichsweise großen Magnesiumstücke schwierig, eine genau definierte Menge
an Magnesium zuzugeben.
Andere übliche Verfahren zur Behandlung des flüssigen Eisens oder Stahls, wie das
Einspulen von Magnesium über Fülldraht, sind technisch unproblematisch, haben
aber den Nachteil, daß das Magnesium in körniger Form eingebracht werden muß,
daher eine große Oberfläche hat und infolge dessen hochreaktiv ist. Allerdings ist
dieses Verfahren insofern vorteilhaft, da der anlagentechnische Aufwand gering ist
und die Zugabemenge des Magnesiums exakt gesteuert werden kann. Zur Herabset
zung der Reaktivität und des Dampfdruckes ist man bei Fülldrähten daher zum Teil
dazu übergegangen, als Inhalt Legierungen mit relativ niedrigem Anteil an Magnesi
um zu verwenden.
Fülldraht mit massivem Magnesium Innendraht sind in der Literatur und Patentschrif
ten beschrieben, sie haben sich aber bis heute nicht durchsetzten können. Wegen
der hohen Reaktivität des flüssigen Magnesium kann dieser nicht analog der Alumi
niumtechnologie trotz des vergleichbaren Schmelzpunktes ohne erheblich Probleme
per Strangguß (z. B. mit dem Properzirad) vergossen werden. Auf dem Markt erhält
liche Stäbe (z. B. als Opferanoden) werden durch Extrusion gewonnen. Die Extrusi
onsgeschwindigkeit ist für Magnesium mit wenigen Meter pro Minute so gering, daß
sich nur die Erzeugung zahlreicher Stangen gleichzeitig lohnt, die nach einer gewis
sen Länge abgeschert werden müssen; die Erzeugung eines "endlosen" Drahtes auf
diesem Weg ist nicht wirtschaftlich. Es hat sich gezeigt, daß ein Fülldraht bestehend
aus Stäben von je etwa 1000 mm zwar ohne Probleme hergestellt und als Coil zu
verpacken ist, aber dieser nicht betriebssicher als Freecoil eingesetzt werden kann.
Da das Magnesium wegen der hexagonalen Struktur recht hart ist, das Mantelmate
rial aber ein weicher Stahl ist, biegt sich der Fülldraht sehr unterschiedlich. Wenn
dieser Fülldraht vom Freecoil abgezogen wird, so bleibt die Biegung über die Länge
des Magnesiumstabes erhalten, an den Übergangsstellen ist ein scharfer Knick in
anderer Richtung; man kann den Fülldraht im Bereich zwischen Coil und Injektions
maschine als Aneinanderreihung von Halbwellen beschreiben. Das wiederum hat in
der Praxis zur Folge, daß sich ein solcher Fülldraht beim Eintritt in die Injektionsma
schine festklemmt und sehr häufig reißt. Da die Injektion mit Magnesium innerhalb
weniger Minuten beendet sein muß, um ein hohes Ausbringen zu erhalten, sind die
se Betriebsstörungen in besonderem Masse kostspielig.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, einen Fülldraht der eingangs genann
ten Art zur Verfügung zu stellen, bei dem einerseits sichergestellt ist, daß das Mag
nesium im Wesentlichen als Draht mit minimaler Oberfläche eingehüllt ist, anderer
seits aber ein betriebssicheres Einspulen erlaubt.
Diese Aufgabe ist bei einem Fülldraht der eingangs genannten Art erfindungsgemäß
dadurch gelöst, daß der Innendraht in Segmente geeigneter Länge geteilt wird. Ei
nerseits haben sich kleine Segmente von der Länge zwischen dem Innendurchmes
ser des Fülldrahtes und 50 mm bewährt, andererseits sind ebenfalls Segmente mit
einer Mindestlänge von 790 mm tauglich. In beiden Fällen sind die Übergangswinkel
zwischen den einzelnen gefüllten Fülldrahtstücken so gering, daß sie prozesstech
nisch nicht mehr ins Gewicht fallen.
Durch die Erfindung ist sichergestellt, daß das Magnesium bzw. die verformbare Ma
gnesiumlegierung tiefer in die Schmelze eingebracht werden kann, bis es verdampft.
Dies hat letztlich verschiedene Ursachen. Einerseits müssen zunächst einmal der
Mantel des Fülldrahtes und eventuell eine Beschichtung aufgeschmolzen werden, bis
die Schmelze an den Inhalt gelangt. Andererseits liegt der Inhalt lediglich als Innen
drahtabschnitt aus Vollmaterial vor, so daß dieser Kern eine sehr geringe Oberfläche
aufweist. Aufgrund der beiden vorgenannten Merkmale wird die Verdampfung des
Magnesiums bzw. der Magnesiumlegierung sehr stark verzögert, so daß dieses Ma
terial besser in der Schmelze reagieren kann und in weit geringerem Maße ungenutzt
als Gas die Pfanne verläßt und außerhalb verbrennt. Im übrigen führen das tiefe Ein
bringen des Inhalts in die Schmelze und die aufgrund der geringen Oberfläche des
Kerns resultierende verzögerte Reaktion dazu, daß die Schmelze aufgrund des ent
stehenden Magnesium - Gases gut gerührt, vermischt und homogenisiert wird und
die nicht - metallischen Abscheidungen zur Oberfläche ausgetragen werden.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist
der Inhalt ein Füllmaterial auf das wiederum ein Inertmaterial, ein Impfmittel und/oder
ein Legierungsmittel sein kann. Dabei dient das Inertmaterial im wesentlichen dazu,
das Aufschmelzen des Kerns weiter zu verzögern, so daß der Fülldraht noch tiefer in
die Schmelze eingebracht werden und dadurch der Kern als eigentliches Behand
lungsmittel langsamer mit der Schmelze reagieren kann.
Bei dem Inertmaterial kann es sich grundsätzlich um körniges oder pulverförmiges
Material handeln, das den Kern wie der äußere Mantel ummantelt. Die Einbringung
eines solchen Materials auf den Blechabschnitt, aus dem später der äußere Mantel
des Fülldrahtes hergestellt wird, ist während der Herstellung des Fülldrahtes ohne
weiteres möglich.
Bei dem Füllmaterial kann es sich, wie zuvor bereits angesprochen, um Inertmaterial,
keine (negativen) Wirkungen auf die Schmelze ausübt und die Reaktion des Kerns
mit der Schmelze verzögert, ein Impfmaterial oder ein Legierungsmittel handeln. Be
vorzugt handelt es sich bei dem Füllmaterial um Metalloxide, Schlacke, Eisenpulver,
Stahlpulver, Salze, Graphit, Siliziumcarbit, Ferrolegierungen, wie Ferrosilizium,
CeMM und/oder Mischungen aus wenigstens zwei Stoffen der vorgenannten
Materialien. Auch arteigene Schlacke kann ohne weiteres als Füllmaterial an sich
oder als Teil des Füllmaterials dienen.
Im übrigen ist festgestellt worden, daß günstige Ergebnisse bei der Reaktionsverzö
gerung des Kerns dann erzielt werden, wenn die Korngröße des Füllmaterials kleiner
2 mm ist. Allerdings sollte drauf geachtet werden, daß die Korngröße des Füllmateri
als nicht kleiner 0,1 mm ist, es sich also nicht um Staub handelt, der schlecht verar
beitet werden kann.
Der erfindungsgemäße Fülldraht kann je nach Anwendungszweck und Behand
lungsmenge der zur Verfügung stehenden Pfanne einen Durchmesser zwischen 5
bis 25 mm aufweisen. Vorzugsweise wird ein Draht mit einem Durchmesser von 6 bis
13 mm eingesetzt. Je nach dem, ob der Inhalt ausschließlich von dem Volldraht ge
bildet wird oder aber ob noch Inertmaterial vorgesehen ist, wird ein Volldraht mit ei
nem Durchmesser verwendet, der entweder den Innendurchmesser des Mantels völ
lig ausfüllt oder aber 2 bis 4 mm geringer ist als der Innendurchmesser des Mantels.
In den Figuren wird nachfolgend ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
beschrieben. Dabei zeigt
Fig. 1 Abschnitt eines Fülldrahtes zwischen Coil und Injektionsmaschine mit Innen
segmenten aus Magnesium untauglicher Länge.
Fig. 2 Abschnitt eines Fülldrahtes zwischen Coil und Injektionsmaschine mit Innen
segmenten aus hinreichend kurzen Segmentstücken.
Fig. 3 Abschnitt eines Fülldrahtes zwischen Coil und Injektionsmaschine mit Innen
segmenten aus hinreichend langen Segmentstücken.
In den Zeichnungen wird der Fülldraht aus dem Freecoil (1) über eine freie Strecke
(2) über den Rollenbogen (3) in die Injektionsmaschine (4) gezogen. Hierbei ist bei
Fig. 1 in der freien Strecke 2a zu erkennen, daß die untaugliche Länge der einzelnen
Magnesiumsegmente den Fülldraht bogenförmig verformen. Zwischen den einzelnen
Segmenten ist jeweils ein scharfer Knick in entgegengesetzter Richtung. Wegen die
ses scharfen Knicks verhakt ein solch untauglicher Draht entweder schon im Rollen
bogen oder beim Eintritt in die Injektionsmaschine. Dies führt zu Betriebsstörungen
und häufig zum Abriß des Drahtes. In Fig. 2 sind die segmentierten Magnesium
drahtstücke so klein, daß der Draht sich ähnlich einem mit Granulat oder Pulver ver
füllten verhält, ein solcher Draht läuft in langgezogenen Schlingen vom Coil zum Rol
lenbogen. In Fig. 3 sind die Segmente des Magnesiumdrahtes so lang, daß er auf
der freien Strecke zwischen Coil und Rollenbogen entzerrt wird. Daher sind die
Übergänge zwischen den einzelnen Segmenten so flach, daß hier ein Störungsfreier
Transport gewährleistet ist.
Ein Fülldraht der beschriebenen neuen Art wurde in einem Betriebsversuch zur Er
zeugung von Sphäroguß eingesetzt. Hierbei wurden etwa 20 aufeinanderfolgende
Chargen betriebssicher mit den vorhanden Anlagen zur Förderung des üblichen
Granulatdrahtes ohne weitere Änderungen der Anlage behandelt. Hierbei zeigte es
sich, daß der erfindungsgemäße Draht - bezogen auf das Magnesium - um knapp
20% schneller eingespult werden konnte (Granulatdraht: 1,75 kg/min. Stangendraht
2,1 kg/min). Das Ausbringen an Magnesium wurde um über 50% gesteigert, bezogen
auf die gleiche Anzahl unmittelbar vorausgehender Chargen (n = 19):
Wirkmaterial: 0,007% Zn, 0,009% Al, 0,03% Si, < 0,001% Cu, 0,004% Mn, 0,009% Fe, < 0,001% Ni, < 98,5% Mg, 7,9 mm Durchmesser, 8000 +/- 50 mm Länge
Mantelmaterial: Stahl ST 14, 0,5 mm Dicke
Granulatdraht: Durchmesser 13 mm, Füllgrad: 131 g Mg/m, Geschwindigkeit 13 m/min. Eisentemperatur 1456°C, Ausbringen 25,8%
Stangendraht: Durchmesser 9 mm, Füllgrad: 81 g Mg/m, Geschwindigkeit 25 m/min., Eisentemperatur 1467°C, Ausbringen 39,1%.
Wirkmaterial: 0,007% Zn, 0,009% Al, 0,03% Si, < 0,001% Cu, 0,004% Mn, 0,009% Fe, < 0,001% Ni, < 98,5% Mg, 7,9 mm Durchmesser, 8000 +/- 50 mm Länge
Mantelmaterial: Stahl ST 14, 0,5 mm Dicke
Granulatdraht: Durchmesser 13 mm, Füllgrad: 131 g Mg/m, Geschwindigkeit 13 m/min. Eisentemperatur 1456°C, Ausbringen 25,8%
Stangendraht: Durchmesser 9 mm, Füllgrad: 81 g Mg/m, Geschwindigkeit 25 m/min., Eisentemperatur 1467°C, Ausbringen 39,1%.
Claims (8)
1. Zum Einbringen von Zusätzen in Metallbäder geeigneter Fülldraht, der im
Wesentlichen aus einer metallischen schützenden Hülle (Mantel) und dem
umfangenen Wirkstoff besteht, dadurch gekennzeichnet, daß der Wirkstoff
aus zylindrischen Segmenten definierter Länge besteht.
2. Fülldraht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrischen
Segmente entweder eine Länge zwischen 790 mm und 25000 mm oder
aber eine Länge zwischen dem Innendurchmesser des Mantels und 50 mm
haben.
3. Fülldraht nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
metallische Hülle aus Stahl, Nickel, Aluminium oder einer Legierung auf
Basis einer der genannten Metalle besteht.
4. Fülldraht nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der
Mantel aus einem metallischen Band besteht, der im Wesentlichen rund
oder oval um den Wirkstoff verformt ist und entweder durch verschweißen,
Überlappung oder Verfalzung geschlossen ist.
5. Fülldraht nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der
Wirkstoff einen Kochpunkt hat, der unterhalb der Anwendungstemperatur
liegt, insbesondere aus Magnesium bzw. einer Legierung damit oder aus
Calcium bzw. einer Legierung damit.
6. Fülldraht nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ne
ben dem zylindrischen Wirkstoff ein weiterer Wirkstoff gleicher oder ande
rer Art als Pulver oder Granulat eingehüllt ist.
7. Fülldraht nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der
Außendurchmesser des Mantels zwischen 4 und 17 mm liegt.
8. Fülldraht nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die
Innensegmente an den Stirnflächen thermisch und/oder mechanisch be
handelt sind (entgratet/abgerundet).
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2000165914 DE10065914A1 (de) | 2000-12-05 | 2000-12-05 | Fülldraht zur Behandlung von Schmelzen mittels Drahtinjektion |
Applications Claiming Priority (1)
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DE2000165914 DE10065914A1 (de) | 2000-12-05 | 2000-12-05 | Fülldraht zur Behandlung von Schmelzen mittels Drahtinjektion |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
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---|---|
DE (1) | DE10065914A1 (de) |
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- 2000-12-05 DE DE2000165914 patent/DE10065914A1/de not_active Withdrawn
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