DE1758268B2 - Verfahren zur Behandlung einer GuBeisenschmelze zur Herstellung von Kugelgraphit-Gußeisen - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung einer Gußeisenschmelze zur Herstellung von Kugelgraphit-Gußeisen, bei dem durch einen feuerfesten Überzug geschützte Magnesiumstücke mit Hilfe einer Tauchglocke in eine in einer offenen Pfanne befindliche Schmelze eingetaucht werden (österreichische Patentschrift 1 77 794).

Bei diesem bekannten Verfahren werden Reinmagnesium oder an Magnesium reiche Legierungen zunächst mit einer Magnesiumoxydschicht umgeben; das erhaltene Produkt wird umwickelt und dann mit Hilfe eines geeigneten Halters in die Schmelze versenkt. Da dieser Vorgang sich in einem offenen Schmelzenbehälter abspielt und die Schutzschicht aus Blech und Magnesiumoxyd nur dazu dient, die Reaktion so lange zu verzögern, bis das Metall in tiefere Badschichten gebracht wurde, verläuft dann die Reaktion sehr heftig und erreicht einen schlechten Wirkungsgrad. Das meistverwendete Magnesiumoxyd ist zudem noch teurer als Reinmagnesium.

Durch das deutsche Gebrauchsmuster 16 87 979 und die deutsche Auslegeschrift 10 40 577 ki es bereits bekanntgeworden, einen zur Behandlung einer Metallschmelze dienenden Behandlungszusatz mit einer schützenden Schicht unterschiedlicher Dicke und bevorzugt einseitigem Angriff des Zusatzes durch die Schmelze einzufünren. Der geschützte Metallzusatz wird ebenfalls mit Hilfe einer Tauchglocke am Boden einer Schmelze zugeführt

Des weiteren ist es in der Eisenmetallurgie, beispielsweise durch die US-Patentschrift 26 62 008, die belgische Patentschrift 5 54 400 oder auch die französische Patentschrift 14 96 242, bekanntgeworden, die Reaktion eines Behandlungsmittels mit einer Eisenschmelze durch unterschiedlichen Oberflächenschutz zu steuern. Allerdings erfolgte die Behandlung hier nicht notwendigerweise zur Ausscheidung von Kugelgraphit.

Bei dem Verfahren der eingangs genannten Art war aber der Herstellungspreis des von einer Schicht aus Magnesiumoxyd umschlossenen Magnesiums innerhalb eines Blechkastens zu teuer. Darüber hinaus war, wie gesagt, eine unvollständige Reaktion in Kauf zu nehmen.

Ein solches Herstellungsverfahren soll nun hinsichtlich der Herstellung des Produktes zur Regelung der Reaktion vereinfacht werden, wobei ein geringerer Gestehungspreis erreicht werden soll, andererseits soll im Verfahrensablauf eine vollständige Reaktion erreicht werden, die sich leicht an möglichst jeden Sonderfall anpassen lassen soll.

Erreicht wird dies bei einem Verfahren zur Behandlung einer Gußeisenschmelze zur Herstellung von KuEelgraohit-Gußeisen der eingangs genannten Art dadurch, daß Magnesiumstücke verwendet werden, die sich untereinander durch die Dicke ihrer feuerfesten Überzüge unterschieden. Dies bringt den Vorteil mit sich, daß nicht einzelne Metallstücke mit einer unterschiedlichen und damit schwierig herzustellenden Umhüllung versehen werden müssen, da das einzelne Stück gleichmäßig, die Stücke untereinander aber ungleichmäßig überzogen werden. Ein gleichmäßiges Überziehen eines einzelnen Stückes ist offensichtlich einfacher durchzuführen. Auch ist bei untereinander unterschiedlichen Stücken noch nachträglich durch einfache Auswahl eine einfache Anpassung an den Einzelfall ohne weiteres möglich. Dieser feuerfeste Überzug schmilzt nicht ab, sondern platzt nach Durchdringen der Wärme bis zum metallischen Kern der Stücke ab. Dies ist auf das Verdampfen des metallischen Magnesiums zurückzuführen.

Es stellt sich keinerlei heftige Reaktion in dem Augenblick ein, wo in die Schmelze die umhüllten Magnesiumstücke eingeführt werden, wodurch Pfannen üblicher Art verwendet werden können; die Dauer der Reaktion, von der der Behandlungswirkungsgrad abhängt, wird somit als Funktion der Aufbrauchdauer der umhüllten Stücke verlängert, wodurch man bei geringen Kosten einen zufriedenstellenden Wirkungsgrad erreicht. Der explosive Vorgang, den das Einbringen von Magnesium in eine Gußeisenschmelze sonst darstellt, wird einwandfrei beherrscht.

Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung sollen nun mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert werden, in denen

F i g. 1 eine schematische Darstellung im Vertikalschnitt durch ein Material zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt;

Fig.2, 3 und 4 sind Teilansichten einer Pfanne, die einen Teil dieser Maßnahme bildet, wobei der progressive Verbrauch eines Magnesiumstücks darge stellt ist.

Nach Fig. 1 ist eine Pfanne mit feuerfester Auskleidung, die ein flüssiges Metall, beispielsweise die Schmelze F, enthält, im oberen Teil durch einen einfach aufgelegten Deckel 2 abgeschlossen. Die Höhe der Pfanne ist vorteilhaft groß gegenüber ihrer Basisfläche. Der Deckel 2 besitzt Öffnungen 3 zum Auslaß der aus der Behandlung resultierenden Rauchgase. Der Deckel 2 wird von einer Stange 4 durchsetzt, die an ihrem unteren Ende in eine Tauchglocke 5 übergeht, deren Wandungen von Öffnungen 6 durchsetzt sind. In an sich bekannter Weise dient die Glocke 5 dazu, am Boden der Pfanne 1 Behandlungsmetall einzuführen.

Bei dem Behandlungsmetall handelt es sich um reines Magnesium, das in Form von Metallstücken Ta, Tb und 7c vorliegt, die mit einer Hülle oder einem Überzug aus einer feuerfesten Masse 8a, 86, 8c, beispielsweise einer Silikoaluminiummasse, umgeben sind.

Die Stücke 7a, Tb... aus Magnesium erhält man, indem man einfach im Handel erhätliche Blöcke oder Barren aus Magnesium teilt. Gegebenenfalls können diese Barren oder Blöcke aus Magnesium als Ganzes, ohne in Stücke zerbrochen zu werden, verwendet werden. Stücke aus reinem Magnesium werden in einen Brei einer feuerfesten Masse getaucht und in Luft getrocknet. Sie sind dann mit einer feuerfesten Kruste 8 überzogen; die so erhaltenen Kuchen sind nach Aushärtung dieser Kruste verwendbar.

Beim Beispiel nach F i g. 1 und nach der Erfindung verwendet man vorteilhaft Kuchen unterschiedlicher

Abmessungen und Masse, die mit feuerfesten Schichten unterschiedlicher Dicke versehen sind. Diese verschie-Jenen Dicken erhält man, indem man entweder die Metallstücke in feuerfestem Schlamm unterschiedlicher Viskosität härtet oder indem man sie nacheinander, und zwar in unterschiedlicher Zahl, in em und demselben Brei härtet, nachdem Zwischentrocknungen zwischen den verschiedenen Eintauchvorgängen vorgenommen wurden. F i g. 1 zeigt von oben nach unten Stücke 7 a, 7b, 7c zunehmender Dicke, die mit feuerfesten Schichten 8a, ι ο 8b, 8c zunehmender Dicke überzogen sind

Mit Hilfe dieses Behandlungsmittels kann man wie folgt arbeiten: Sobald die Pfanne 1 mit flüssigem Gußeisen bzw. Schmelze F gefüllt ist, legt man den Deckel 2 auf diese Pfanne auf, nachdem man am Deckel ι s die Stange 6 und die Glocke 5, in deren Innerem beispielsweise drei Stücke Magnesium mit Überzug aufgestapelt sind, gelagert hat Wird der Deckel 2 auf die Pfanne 1 gelegt, so befindet sich die Glocke 5 am Boden der Pfanne.

Zu Beginn stellt sich während einiger Sekunden überhaupt keine Reaktion ein, weil die feuerfeste Schicht der Stücke das Reinmagnesium gegen Kontakt mit der Schmelze schützt. Die dünnste Kruste 8a eines der Magnesiumstücke 7a jedoch erwärmt sich schneller und, sobald die Oberflächentemperatur des Magnesiums durch Wärmeübergang durch diese Kruste eine Größe erreicht hat, bei der Schmelzen und Verdampfen eintritt, verdampft das Magnesium, wodurch diese dünne Kruste zerbricht und die bekannte Reaktion ausgelöst wird. Wie ein Vergleich der F i g. 1 und 2 zeigt, wird das kleinste Stück 7a (Fig. 1), dessen Kruste 8a als erste gebrochen wird, schnell in einer heftigen Reaktion verbraucht, die etwa 10 Sekunden dauert. Im Verlauf dieser Reaktion verdampft das kleinste Magnesiumstückchen 7a schnell, und der Magnesiumdampf durchsetzt die öffnungen 6 der Tauchglocke 5 und steigt gegen die Oberfläche des schmelzflüssigen Gußeisens F auf. Während dieses Hochsteigens des Magnesiums durch die Schmelze F wird die Behandlungsreaktion erzeugt. Es ist vorteilhaft, daß die Pfanne 1 eine große Höhe besitzt, um so für das Aufsteigen des Magnesiums einen längstmöglichen Weg und damit eine Kontaktdauer des Magnesiums mit der Schmelze, die so lang wie möglich ist, zu bieten. So läuft also die erste Stufe der Reaktion ab.

Im folgenden soll ein numerisches Beispiel gegeben werden: 21 Gußeisen wurden mit 2,4 kg reinem Magnesium behandelt, das sich aus einem Stück 7a von 700 g, überzogen mit einer feuerfesten Kruste 8a von 1 mm Dicke, einem Stück 7b von 800 g, überzogen mit einer feuerfesten Kruste Sb von 2 mm Dicke, und einem Stück 7c von 900 g, überzogen mit einer Kruste 8c von 3 mm Dicke, zusammensetzte. Dies entspricht einer Magnesiumzugabe von 0,12%.

Die Schmelze besaß bei 1400⁰C vor der Behandlung folgende Analysenwerte: Kohlenstoff 3,60%, Silicium 2%, Schwefel 0,010% und enthielt nach der Behandlung 0,028% Magnesium und einen vernachlässigbaren Schwefelendgehalt, der Graphit lag völlig in Kugelform vor. Der Wirkungsgrad des Magnesiums R wurde nach folgender Formel berechnet:

R =

Zurückgebliebenes Magnesium + 12/16 (Anfangsschwefel-Endschwefel) · 100

Zugesetztes Magnesium

wobei der Koeffizient 12/16 das Verhältnis zwischen den Atomgewichten von Magnesium und Schwefel darstellt. Ersetzt man die Komponenten dieser Formel durch ihre Werte beim betrachteten Beispiel, so erhält man

R =

O020 + 0.007 "Ο.ΐ2(1 100 = 29%.

Der Wirkungsgrad von 29% ist sehr zufriedenstellend und erlaubt es. Kugelgraphil-Gußeisen unter wesentlich günstigeren wirtschaftlichen Bedingungen zu erhalten als bei Verwendung von Legierungen aus, Ferrosilicomagnesium.

Hierzu 1 Biatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zur Behandlung einer Gußeisenschmelze zur Herstellung von Kugelgraphit-Gußeisen, bei dem durch einen feuerfesten Überzug geschützte Magnesium-Stücke mit Hilfe einer Tauchglocke in eine in einer offenen Pfanne befindliche Schmelze eingetaucht werden, dadurch gekennzeichnet, daß Magnesium-Stücke verwendet werden, die sich untereinander durch die Dicke ihrer feuerfesten Überzüge unterscheiden.