DE2753282A1 - Mittel und verfahren zur behandlung von eisen - Google Patents
Mittel und verfahren zur behandlung von eisenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft Behandlungsmittel, welche zur Herstellung von Kugelgraphitgußeisen (auch als duktiles Eisen oder SG-Eisen
bezeichnet) geeignet sind, sowie ferner ein Verfahren zur Erzeugung von Kugelgraphit im Verlaufe der Herstellung von
Gußeisen. Die Erfindung betrifft ferner die Desoxydierung von Stahl und die Entschwefelung von Eisen.
Die wesentlichen Schritte bei der Herstellung von duktilem Eisen aus einem Roheisen von der Zusammensetzung von Graueisen (3,5
bis 4,0 % Kohlenstoff, 1,5 bis 2,5 % Silicium, 0,03 bis 0,15 % Schwefel) sind nacheinander die Entschwefelung, die Kugelgraphitbildung
und die Impfung. Die Kugelgraphitbildung wird vorzugsweise durch Einbringen von Magnesium in das flüssige
Eisen erreicht.
Magnesium kann zur Kugelgraphitbildung nicht in das Eisen eingebracht
werden, bevor der Schwefelgehalt im flüssigen Eisen auf einen Wert unterhalb etwa 0,01 %, vorzugsweise unter 0,005 %
gesenkt worden ist, da erst dann die Zugabe von Magnesium zu einem Ansteigen des Magnesiumgehaltes in dem Eisen auf das für
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die Bildung von Kugelgraphit erforderliche Niveau führt. In der Praxis wird die Entschwefelung als getrennter Schritt
vor der Kugelgraphitbildung durchgeführt. Bekannte Entschwefelungsmittel
für diesen Zweck sind Calciumcarbid, Natriumcarbonat und Calciumoxid. Nach der Entschwefelung wird die schwefelhaltige
Schlacke abgetrennt und das flüssige Eisen ist dann für eine Behandlung mit Magnesium zur Erzeugung von Kugelgraphit
fertig.
Magnesium ist ein Element, welches sich für die Kugelgraphitbildung
nur schwer in geschmolzenes Eisen einbringen läßt, da es in reinem Zustand einen Siedepunkt von 10700C aufweist,
welcher deutlich unterhalb der Temperatur des geschmolzenen Eisens liegt, da es ferner eine niedrige Löslichkeit in Eisen
aufweist, eine wesentlich niedrigere Dichte als Eisen (1,7 für Magnesium gegenüber 7,0 für Gußeisen) besitzt und schließlich
eine starke Neigung zeigt, in Form vonfMagnesiumoxTddampf
verlorenzugehen.
Innerhalb der 30 Jahre, welche seit der Erfindung von duktilem Eisen vergangen sind, sind verschiedene Wege vorgeschlagen
worden, um die Schwierigkeiten zu überwinden, die mit dem Einbringen von Magnesium in Eisen zum Zweck der Kugelgraphitbildung
verbunden sind. Einige der wichtigsten sind die folgenden:
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1. Durch die Verwendung spezieller Vorrichtungen: Beispielsweise durch Anwenden des Magnesiums in Form von Pulver
oder Granulat mittels Einblasen oder durch Kombinieren des Magnesiums mit inerten Stoffen wie Koks oder Eisenschwamm
und Eintauchen dieser Materialien in das geschmolzene Eisen mit Hilfe eines speziellen Tauchkolbens,
oder durch Verwendung spezieller Behandlungsgefäße, in denen das Magnesium mit überatmosphärischem Druck
eingebracht wird.
2. Durch Legieren des Magnesiums mit einem dichteren Material und Aufgießen des geschmolzenen Eisens auf die so gebildete
Vorlegierung. Sowohl Nickel als auch Kupfer sind für diesen Zweck eingesetzt worden, doch ist ihre Verwendung wegen
der damit verbundenen Kosten und wegen des Einflusses dieser Metalle auf die metallurgischen Eigenschaften des
Gußeisens nicht mehr üblich. Statt dessen hat sich nunmehr als dichteres Material Ferrosilicium, beispielsweise eine
Ferrosiliciumzusammensetzung mit einem Magnesiumgehalt von etwa 5 bis 10 % durchgesetzt. Die Anwendung von Ferrosilicium
bringt jedoch ernste Nachteile mit sich, da die Gegenwart von Silicium, insbesondere bei Erreichen bestimmter
verhältnismäßig hoher Werte zu Problemen in den weiteren Stufen der Gußeisenherstellung führen kann.
Beispielsweise sollte der Siliciumgehalt in dem fertigen
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Kugelgraphiteisen in der Größenordnung von 2,5 % liegen, was zu einer entsprechenden Beschränkung des wünschenswerten
Siliciumgehaltes in den früheren Herstellungsstufen führt. Wenn das Niveau zu stark ansteigt, kann es notwendig
werden, Gegenmaßnahmen zu treffen. Darüber hinaus kann die Gegenwart von Silicium zur Bildung von silikathaltigen
Schlacken führen, welche entfernt werden müssen. Ferner kann die Reaktion zwischen dem Magnesium in der Ferrosiliciumzusammensetzung
und dem geschmolzenen Eisen heftig sein, selbst innerhalb des engen Bereiches für den Magnesiumgehalt
von 5 bis 10 %.
Die einfache Zugabe in der Pfanne unter Anwendung einer Ubergieß- oder Sandwichtechnik-unter Verwendung eines 5 oder
10 % Magnesium enthaltenden Ferrosiliciums (oder heutzutage seltener einer Nickel/Magnesium-Legierung) ist die am häufigsten
angewendete Methode zur Einführung von Magnesium ohne spezielle Vorrichtungen.
Die Impfung ist ein äußerst wichtiger Teil der Gewinnung von duktilem Eisen. Es ist notwendig, zunächst die Zahl der durch
die Magnesiumbehandlung entstehenden Graphitkügelchen zu erhöhen und deren Dichte zu verbessern und dann eine Abkühlung
(Bildung von Eisencarbid) insbesondere in
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dünnen Abschnitten zu verhindern. Das Impfmittel muß somit nach und nicht etwa vor der Magnesiumbehandlung zugesetzt
werden, damit es wirksam ist. Ks ist wesentlich, ein geeignetes
Impfmittel auszuwählen und im allgemeinen findet eine Ferrosiliciumlegierung
Anwendung. Dünne Dereiche der Gußstücke mit einem niedrigen Siliciumgehalt und einer hohen Gießtemperatur
erfordern einen hohen Gehalt an Impfmittel zur Vermeidung der Abkühlung und zur Erzielung einer befriedigenden Graphitstruktur,
Die übliche Methode der Zugabe besteht darin, das Impfmittel dem Strom des flüssigen Eisens während der Überführung des
geschmolzenen Kugelgraphitgußeisens in die Gießpfanne zuzufügen. Bei einer anderen Arbeitsweise, der sogenannten "Formimpfung",
wird ein Impfmittel am Boden der Gußform befestigt und anschließend das geschmolzene Eisen aufgegossen. Diese Methode
findet häufig als weitere Impfung neben der Impfung in der Pfanne statt.
Verschiedene Magnesium enthaltende Zusammensetzungen, welche
sich für die Kugelyraphitbildung zu Preßlingen verdichten lassen, sind bereits vorgeschlagen worden. Die DT-PS 13 02
lehrt die Verwendung von Briketts, welche 7 bis 25 % Magnesium, im übrigen Eisenpulver und gegebenenfalls Zusätze enthalten;
einer der Zusätze ist Calciumcarbid. Die entsprechend dieser
Lehre hergestellten Preßlinge mit Gehalt an Calciumcarbid
worden bei Berührung mit der Atmosphäre angegriffen. Die
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Briketts können ferner Wismutoxid und Calcium enthalten. In der DT-PS 17 58 468 sowie der entsprechenden GB-PS 12 01
wird ein Preßling vorgeschlagen, welcher 4 bis 40, vorzugsweise 5 bis 25 % Magnesium und im übrigen Eisenschwamm enthält
und welcher eine Dichte von 2 bis 4, vorzugsweise 3 g/cm aufweist. Solche Preßlinge haben eine niedrige Dichte und neigen
deshalb dazu, an die Oberfläche des schmelzflüssigen Eisens zu steigen, was zu einer unannehmbar niedrigen Magnesiumnusbeute
führt, wenn nicht SpezialVorrichtungen Verwendung finden, beispielsweise wie in der PS erwähnt, eine Tauchglocke oder
ein Tauchkolben, welcher die Preßlinge am Boden hält.
Die GB-PS 13 64 859 beschreibt für die Desoxydation von Stahl ein Brikett aus Magnesium und Eisenschwamm in Form eines Blockes
mit einem Gewicht von beispielsweise 1 kg; solche Briketts* können nur dann für die Kugelgraphitbildung in Gußeisen wirksam
angewendet werden, wenn Einrichtungen benutzt werden, welche ein Aufschwimmen an die Oberfläche des schmelztlüssigen Gußeisens
verhindern. Die GB-PS 13 97 6OO beschreibt die Verwendung von Briketts aus 5 bis 7 % Magnesium, 0,3 bis 0,9 % Cer und
als Rest Eisen zur Kugelgraphitbildung in Gußeisen. Derartige Briketts müssen am Boden der Pfanne festgehalten werden, um
die gewünschte Wirkung zu erzielen, beispielsweise dadurch, daß man sie mit Stanzblechabfällen in einer Menge bedeckt,
welche ihr eigenes Gewicht übersteigt.
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Die U.S.-PS 19 22 037 zeigt Briketts aus einem reaktionsfähigen Metall wie Calcium oder Magnesium und einem
verhältnismäßig weniger reaktionsfähigem Metall wie Eisen. Solche Briketts sind für verschiedene Zwecke brauchbar,
obwohl ihre Verwendung zur Kugelgraphiterzeugung in Gußeisen nicht erwähnt ist, da duktiles Gußeisen 1930 noch
nicht erfunden worden war, als diese Veröffentlichung abgefaßt wurde. Die U.S.-PS 34 59 541 erwähnt Briketts aus
Magnesium und Eisen zur Kugelgraphitbildung. Um eine wirksame Kugelgraphitbildung sicherzustellen, ist es erforderlich,
Tauchvorrichtungen oder andere Spezialeinrichtungen zu verwenden, um die Briketts in das geschmolzene Metall
einzutauchen.
Die GB-PS 799 972 befaßt sich mit der Kugelgraphitbildung mit Hilfe eines Mittels, welches in das schmelzflüssige
Metall getaucht wird. Das Mittel enthält 17 bis 50 Gew.% Magnesium, 2,8 bis 10 Gew.% Calcium, mindestens 35 Gew.%
Silicium und zwischen 0 und 30 Gew.% Eisen. Die Patentschrift erwähnt, daß das Calcium die Heftigkeit der
Reaktion dämpft, wenn das Magnesium:Calcium-Verhältnis im Bereich von 5,7:1 zu 9:1 liegt. Diese Mittel werden in das
schmelzflüssige Metall mittels eines Tauchkolbens eingetaucht.
Aus der SW-OS 241/70 ist es für die Impfung bei der Her-
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stelluny von Gußeisen bekannt, eine Impfzusammensetzung zu
verwenden, welche ein Impfmittel und feinteil igen Eisenschwamm
enthält, welche zusammengepreßt sind. Als Impfmittel
kommen verschiedene Stoffe einschließlich beispielsweise
einer Calcium/Silicium/Magnesium-Legierung oder einer
Magnesium/Eisen/Silicium-Legierung in Betracht. Die Preß-
linge werden unter Drucken von 2 bis 3 t/cm erzeugt, und
die Erfahrung hat gezeigt, daß solche Preßlinge eine Dichte von 3,8 bis 4 g/cm aufweisen. Um zu verhindern, daß diese
Preßlinge auf dem schmelzflüssigen Eisen schwimmen, ist es üblich, sie mechanisch in der Schmelze zu befestigen, beispielsweise
durch Annageln oder Verkeilen. Dadurch wird die Freisetzung des Siliciums für die Impfung ermöglicht. Für die
Impfung werden derartige Preßlinge in sehr niedrigen Zugabemengen bezogen auf das schmelzflüssige Metall eingesetzt.
Es wurde nunmehr gefunden, daß es möglich ist, Preßlinge aus Magnesium, Calcium und Eisen herzustellen, welche zur Kugelgraphitbildung
in schmelzflüssigem Gußeisen mittels einer "Übergießtechnik" verwendet werden können, ohne daß es
erforderlich ist, die Preßlinge mittels spezieller Einrichtungen in dem flüssigen Metall festzuhalten. Zur Erzielung
dieser wünschenswerten Eigenschaften einschließlich einer
geringeren Heaktionsheftigkeit und einer hohen Magnesiumausbeute
muß das Verhältnis von Magnesium zu Calcium innerhalb eines bestimmten Bereiches liegen, und die Dichte der Preß-
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linge muß einen bestimmten Mindestwert übersteigen. Der
Calciumgehalt muß im Verhältnis zu dem Magnesiumgehalt so eingestellt werden, daß eine ausreichende Calciummenge
vorhanden ist, um die Heftigkeit der Reaktion des Magnesiums mit dem geschmolzenen Eisen zu dämpfen, doch muß gleichzeitig
darauf geachtet werden, daß nicht zuviel Calcium vorhanden ist, damit der Preßling keine zu niedrige Dichte
aufweist. Wenn die Dichte zu niedrig ist, steigen die Preßlinge in Abwesenheit eines Tauchkolbens oder dergleichen
einfach an die Oberfläche des schmelzflüssigen Eisens und das Magnesium entweicht als Dampf, ohne zur Kugelgraphitbildung
beizutragen.
Gegenstand der Erfindung ist demgemäß einmal ein Mittel zur Behandlung von schmelflüssigem Eisen bestehend aus einer
verdichteten Mischung mit einem Gehalt an feinteiligem Eisen, Magnesium und Calcium, welches dadurch gekennzeichnet
ist, daß
(a) der Magnesiumgehalt zwischen etwa 5 und 15 Gew.% liegt,
(b) das Gewichtsverhältnis von Magnesium zu Calcium im Bereich von 1:1 bis 8:1 liegt,
(c) das Eisen eine Reinheit von mindestens 95 Gew.% und eine Teilchengröße von weniger als 0,5 mm aufweist und
(d) die Dichte der Mischung mindestens 4,3 g/cm beträgt.
Diese Mittel sind besonders wertvoll zur Erzeugung von Kugelgraphit
in Gußeisen in einer Gußpfanne. Gegenstand der
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Erfindung ist weiterhin ein Verfahren zur Herstellung von Kugelgraphitgußeisen, bei welchem man in ein Legierungsgefäß eine bestimmte Menge an Behandlungsmittel legt und
entschwefeltes flüssiges Eisen in das Gefäß gießt, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß man ein Mittel gemäß der
Erfindung verwendet.
Das erfindungsgemäße Mittel kann ferner zur Entschwefelung von Eisen und zur Desoxydation von Stahl dienen, indem man
in ähnlicher Weise eine geeignete Menge am Boden eines Gefäßes, z.B. einer Pfanne, anordnet und das geschmolzene
Eisen oder den Stahl auf das Mittel gießt. Bei der Anwendung zur Desoxdation und Entschwefelung liegt das Verhältnis
von Magnesium zu Calcium vorzugsweise auf der niedrigeren Seite des Bereiches von 1:1 bis 8:1, z.B. zwischen 1:1 und
3:1.
Zur näheren Erläuterung der Erfindung sollen die beiliegenden graphischen Darstellungen dienen; es zeigen
Figur 1 die allgemeine Abhängigkeit zwischen dem Magnesiumgehalt bei drei unterschiedlichen Magnesium:Calcium-Verhältnissen in dem Preßling und der Heftigkeit der
Reaktion mit dem geschmolzenen Metall (gemessen anhand eines willkürlich gewählten Maßstabes) und
Figur 2 eine idealisierte graphische Darstellung'der
Abhängigkeit zwischen der Dichte des Preßlings und
dem Magnesiumgehalt bei bestimmten Magnesium:Calcium-
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Verhältnissen, wobei andere Faktoren, beipielsweise die Abwesenheit sonstiger Zusätze, der Verdichtungsdruck
und dergleichen konstantgehalten wurden.
Aus der Figur 1 wird deutlich, daß bei einem unendlich hohen Verhältnis von Magnesium zu Calcium, d.h. bei Abwesenheit
von Calcium, nur ein niedriger Magnesiumgehalt von höchstens 8 % angewendet werden kann, da sonst die Reaktionsheftigkeit
die Toleranzgrenze überschreitet. Mit wenig Calcium, d.h. einem hohen Mg/Ca-Verhältnis, können bis zu 11 % Magnesium
vorhanden sein. Der Magnesiumgehalt kann noch höher ansteigen, wenn man ein niedriges Mg/Ca-Verhältnis wählt und dadurch
den dämpfenden Einfluß des Calciums auf die Heftigkeit der Reaktion erhöht. Die Darstellung der Figur 2 zeigt jedoch,
daß mit steigendem Calciumgehalt, d.h. mit abnehmendem Mg/Ca-Verhältnis, die Dichte des Preßlings abnimmt und daß die
Dichte des Preßlings unter den Wert von 4,3 g/cm fallen kann, in welchem Fall der Preßling nicht mehr für eine
Ubergießtechnik Anwendung finden kann, da er dazu neigt, an die Oberfläche des schmelzflüssigen Metalls hochzusteigen,
bevor die Behandlung vollständig ist. In der Praxis liegt die Obergrenze für die erreichbare Dichte des Mittels bei
etwa 6,5 g/cm .
Oberhalb eines Magnesium:Calcium-Verhältnisses von 8:1 wird
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die Heftigkeit der Reaktion zwischen dem Magnesium und dem geschmolzenen Eisen nur noch wenig gedämpft. Die
Obergrenze für Calcium kann bis zu 1:1 erreichen, doch findet vorzugsweise weniger Anwendung, beispielsweise
ein Magnesium/Calcium-Verhältnis von 4,5 zu 1, besonders bevorzugt von 3,5 zu 1, da die Anwesenheit von Calcium zu einer Erniedrigung der Dichte des Preßlings führt.
Wie in der graphischen Darstellung gezeigt, besteht
zwischen dem Magnesium- und dem Calciumgehalt ein umgekehrtes Verhältnis innerhalb des Bereiches, so daß mit abnehmendem Magnesiumgehalt mehr Calcium zugegen sein
kann.
Obergrenze für Calcium kann bis zu 1:1 erreichen, doch findet vorzugsweise weniger Anwendung, beispielsweise
ein Magnesium/Calcium-Verhältnis von 4,5 zu 1, besonders bevorzugt von 3,5 zu 1, da die Anwesenheit von Calcium zu einer Erniedrigung der Dichte des Preßlings führt.
Wie in der graphischen Darstellung gezeigt, besteht
zwischen dem Magnesium- und dem Calciumgehalt ein umgekehrtes Verhältnis innerhalb des Bereiches, so daß mit abnehmendem Magnesiumgehalt mehr Calcium zugegen sein
kann.
Der Magnesiumgehalt kann zwischen 5 und 15 % liegen, da innerhalb dieses Bereiches das Risiko einer zu heftigen
Reaktion bei Verwendung des Preßlings im Ubergießverfahren
durch das Vorhandensein der definierten Menge Calcium vermindert ist. Es ist nicht praktisch, einen niedrigeren
Magnesiumgehalt zu verwenden, und es kann gefährlich sein, einen höheren Gehalt anzuwenden. Das Magnesium kann in
Form von Magnesiummetall oder einer Magnesiumlegierung vorhanden sein, und es weist eine Teilchengröße von weniger
als 0,7 mm auf. Die Reinheit des Magnesiums beträgt vorzugsweise mindestens 99 %, und das Teilchensprektrum liegt
besonders bevorzugt zwischen 0,15 und 0,40 mm.
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Das Calcium kann in irgendeiner bequem zur Verfügung stehenden Form zugesetzt werden, vorausgesetzt, daß es
weder zu gefährlich noch zu stabil ist, um die Heftigkeit der Reaktion zu dämpfen; vorzugsweise findet das Calcium
in Form einer Legierung wie z.B. Calciumsilicid Anwendung. Aufgrund des Magnesium:Calcium-Verhältnisses wird
der Siliciumgehalt selbst bei Verwendung von Calciumsilicid kaum 10 bis 15 % übersteigen, was vorteilhaft ist,
da mit steigender Siliciumkonzentration das Risiko unerwünschter Nebeneffekte ansteigt.
Verschiedene Arten von Eisenpulver können Verwendung finden, beispielsweise Eisenschwammpulver oder Stahlpulver.
Die Reinheit sollte mindestens 95 und vorzugsweise mindestens 98 % betragen und so nahe bei 100 % wie möglich liegen, da
Verunreinigungen, in der Hauptsache Eisenoxid und Aluminiumoxid, die Verpreßbarkeit des Eisenschwamms und des Stahlpulvers
und damit die erreichbare Dichte der Preßlinge und somit auch die Magnesiumausbeute beeinflussen.
Das Gewicht der zur befriedigenden Bildung von Kugelgraphit
in Eisen dienenden Preßlinge hängt von der Zusammensetzung des Eisens und dem Magnesiumgehalt der Preßlinge ab, liegt
jedoch üblicherweise im Bereich von 0,5 bis 3 Gew.% bezogen auf das Gewicht des zu behandelnden flüssigen Eisens.
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Neben Eisen, Magnesium und Calcium können die Preßlinge ferner kleine Mengen anderer Elemente enthalten, welche
geschmolzenem Eisen üblicherweise zur Bildung von Kugelgraphiteisen zugesetzt werden. Beispiele für solche
Elemente sind die übrigen Erdalkalimetalle, Seltene Erdmetalle sowie Zinn. Diese Elemente können in den Preßlingen
als Legierungen, z.B. Mg/Sn, Mg/Ba oder Mg/Ce-Legierung, als Cer-Mischmetall, als Cersilicid oder als
Salze zugegen sein. Die Preßlinge können ferner Impfmittel
für Gußeisen wie Siliciumcarbid oder Wismuth oder auch
Flußmittel wie Magnesiumfluorid oder Fluoride Seltener Erden enthalten. In jedem Fall muß jedoch darauf geachtet
werden, daß die Dichte der Preßlinge nicht unter den Mindestwert fällt. Die Verwendung von Bindemitteln ist
nicht erforderlich und sollte vermieden werden.
Es ist vorteilhaft, den Mitteln Kohlenstoff zuzusetzen, beispielsweise in Form von kristallinem Graphit, amorphem
Ruß oder zerstoßenem Graphitelektrodenabfall. Der Zusatz von bis zu 5, vorzugsweise 2 bis 4 Gew.% Kohlenstoff verbessert
die Verpreßbarkeit des Gemisches und hilft so, die erforderliche hohe Dichte zu erreichen. Die Zugabe von
Kohlenstoff unterstützt ferner den physikalischen Zerfall der Mittel in dem geschmolzenen Eisen, da er die Eisenpulverteilchen
daran hindert, zusammenzusintern.
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Die Preßlinge des Behandlungsmittels werden vorzugsweise hergestellt, indem man ein trockenes Gemisch aus den
Bestandteilen, beispielsweise auf einem Walzenstuhl mit entgegengesetzt rotierenden Walzen, bei geeigneten
Drucken und Temperaturen verdichtet. Die Preßlinge können eine beliebige geeignete Form und Größe aufweisen, besitzen
jedoch vorzugsweise ein Volumen von 0,5 bis 10 cm und haben vorzugsweise eine hohe Schüttdichte.
Bei praktischen Aufgießversuchen in einer Gießerei wurde beobachtet, daß sich im Vergleich zu einer Magnesium/Ferrosilicium-Vorlegierung
während der Kugelgraphitbildung unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Preßlings weniger Schlacke
bildete, die Temperatur des schmelzflüssigen Metalls weniger erniedrigt wurde und daß das Kugelgraphiteisen verbesserte
metallurgische Eigenschaften aufwies. Diese Vorteile können zum Teil auf die Tatsache zurückgeführt werden, daß aufgrund
der Verwendung eines Preßlings mit einem niedrigen Siliciumgehalt die Bildung siliciumhaltiger Schlacke und damit die
Schlackenbildung als solche zurückgedrängt werden, sowie ferner darauf, daß der Magnesiumgehalt ungefährlicherweise
hoch sein kann, die Heftigkeit der Reaktion gedämpft wird und weniger Preßlinge erforderlich sind, was beides ebenfalls
dazu beiträgt, daß die Temperatur des schmelzflüssigen Metalls nicht erniedrigt wird.
Es ist zu betonen, daß die Behandlungsmittel gemäß der
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Erfindung in vorhandenen Einrichtungen Verwendung finden können, welche Vorrichtungen wie Tauchglocken zum Tauchen
des Behandlungsmittels aufweisen. Die Behandlungsmittel gemäß Erfindung besitzen jedoch den großen Vorteil, daß
sie im Rahmen einer einfachen "Aufgieß"technik Anwendung finden können, bei welcher die Mittel einfach auf den
Boden eines metallurgischen Gefäßes wie z.B. einer Pfanne oder eines Tiegels' gegeben werden, worauf das zu behandelnde
Gußeisen oder der zu behandelnde Stahl einfach in das Gefäß eingefüllt werden. Gewünschtenfalls kann das Mittel beispielsweise
mit Eisen- oder Stahlstanzabfällen bedeckt werden um zu verhindern, daß das Mittel zu Beginn durch das
einströmende geschmolzene Metall zu heftig verdrängt wird. Vorausgesetzt jedoch, daß die Dichte des Mittels mindestens
4,3 g/cm beträgt, zeigt sich unabhängig davon, ob das Mittel zu Beginn des Einfüllens bedeckt ist oder nicht, daß
die Reaktion mit dem Magnesium vollständig und die Kugelgraphitbildung oder sonstige Behandlung beendet ist, selbst
wenn die Preßlinge schließlich an die Oberfläche der Schmelze aufsteigen. Da das Mittel gemäß Erfindung eine
Dichte von mindestens 4,3 g/cm aufweist, ist die Aufenthaltsdauer des Mittels in der Schmelze in der Praxis ausreichend,
um eine vollständige Freigabe des darin enthaltenen Magnesiums innerhalb der Schmelze zu gewährleisten, wobei
dieses nicht als Magnesium- oder Magnesiumoxiddampf an der Oberfläche der Schmelze freigesetzt wird.
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Zur näheren Erläuterung der Erfindung sollen die nachfolgenden Beispiele dienen, wobei sich alle Prozentangaben
auf das Gewicht beziehen.
Die folgenden Mittel wurden durch Zusammenmischen der folgenden Bestandteile hergestellt:
(A) (zum Vergleich)
Eisenschwamm (Teilchengröße weniger als
0,15 mm, Eisengehalt 98,5 %) 92,5 %
Magnesium (Teilchengröße weniger als
0,35 mm) 7,5 %
(B) (gemäß Erfindung)
Eisenschwamm (Teilchengröße weniger als
0,15 mm, Eisengehalt 98,5 %) 86,5 %
Magnesium (Teilchengröße weniger als
0,35 mm) 7,5 %
Calciumsilicid (Teilchengröße weniger als
0,5 mm) 6,0 %.
Die Mittel wurden zu mandelförmigen Briketts mit einer Größe von etwa 3 cm χ 2 cm χ 1,5 cm verformt, wobei eine Brikettiermaschine
mit gegenläufig rotierenden Walzen Verwendung fand,
2
welche mit einem Druck von 5 t/cm arbeitete.
welche mit einem Druck von 5 t/cm arbeitete.
Die aus der Zusammensetzung (A) hergestellten Briketts wiesen eine Dichte von 5,80 g/cm und die aus der Zusammensetzung
(B) hergestellten eine Dichte von 5,34 g/cm auf.
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Die Preßlinge wurden als Mittel zur Kugelgraphitbildung in Gußeisen auf die folgende Weise untersucht:
Roheisen für die Kugelgraphitbildung wurde in einem kernlosen Hochfrequenzinduktionsofen erschmolzen, wobei die
Rohstoffe so gewählt wurden, daß die Analyse der fertigen Schmelze 3,5 % Kohlenstoff und 2,3 % Silicium ergab. Das
geschmolzene Eisen wurde auf 154O°C überhitzt und nach dem Abstich in eine Behandlungspfanne gefüllt, welche
2,45 Gew.%, bezogen auf das zu behandelnde Eisen, an Behandlungsmittel bedeckt mit einer Schicht von 1,8 oder 2,5 Gew.%
Eisen- oder Stahlstanzabfällen enthielt. Es wurde die Heftigkeit der Reaktion während der Freisetzung des Magnesiums aus
den Preßlingen beobachtet.
Das Eisen wurde vor und nach der Behandlung analysiert, um
den Magnesiumrestgehalt und die Magnesiumausbeute zu ermitteln.
Die Ergebnisse der Versuche sind in der folgenden Tabelle zusammengefaßt:
Zusammen setzung |
Deckschicht (Stahl) |
Reaktion | Mg-Rest- gehalt in % |
Mg-Ausbeute in % |
A | 1,8 % | heftig | 0,045 | 24,5 |
A | 2,5 % | heftig | 0,040 | 21,7 |
B | 1,8 % | mäßig | 0,051 | 27,7 |
B | 2,5 % | mäßig | 0,053 | 28,5 |
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Die folgende Zusammensetzung wurde für Vergleichszwecke hergestellt, indem die nachstehenden Bestandteile zusammengemischt
wurden:
(C) Eisenschwamm (Teilchengröße weniger als
0,15 %, Eisengehalt 87 %) 86,5 %
Magnesium (Teilchengröße weniger als
0,35 %) 7,5 %
Calciumsilicid (Teilchengröße weniger als
0,5 mm) 6,O %.
Die Zusammensetzung wurde wie in Beispiel 1 beschrieben zu Briketts verformt und die erhaltenen Briketts wurden mit den
Briketts der Zusammensetzung (B) des Beispiels 1 als Mittel zur Bildung von Kugelgraphit verglichen.
Die Briketts der Zusammensetzung (C) wiesen eine Dichte von 3,4 g/cm im Vergleich zu einer Dichte von 5,34 g/cm für die
Briketts der Zusammensetzung (B) auf.
Bei Verwendung zur Behandlung von schmelzflüssigem Eisen wie
in Beispiel 1 beschrieben stiegen die Briketts der Zusammensetzung (C) an die Oberfläche der Schmelze auf und der
Magnesiumrestgehalt im Eisen betrug nur 0,008 %. Im Vergleich dazu führten die Briketts der Zusammensetzung (B) zu einem
Magnesiumrestgehalt im Eisen von 0,051 %.
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der nachstehenden Bestandteile erhalten:
maischen
(D) Eisenschwamm (Teilchengröße weniger als 0,15 DBB, Eisengehalt 98,5 %)
Graueisenpulver (Teilchengröße weniger als 0,25 mm) '
Magnesium (Teilchengröße weniger als 0,35 mm)
Calciumsilicid (Teilchengröße weniger als 0,5 mm)
66,5 % 2O,O % 7,5 % 6,0 %.
Die Zusammensetzung wurde unter Anwendung des Verfahrens des Beispiels 1 zu Briketts verforet und die erhaltenen Briketts
besaßen eine Dichte von 5,3 g/cm .
Die Briketts wurden verwendet, um Kugelgraphitgußeisen mit Hilfe des in Beispiel 1 beschriebenen Verfahrens herzustellen.
Die Reaktion aufgrund der Freisetzung von Magnesium war gemäßigt, und der Magnesiumrestgehalt im Eisen betrug O,O26 %.
Die folgende Zusammensetzung wurde durch Zusammengeben der nachstehenden Bestandteile hergestellt:
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(E) Stahlpulver (Teilchengröße weniger als
0,5 mm, Eisengehalt 99 %) 82,5 %
Magnesium (Teilchengröße weniger als
0,35 mm) 10,0 %
Calciumsilicid (Teilchengröße weniger als
0,50 mm) 7,5 %.
Die Zusammensetzung wurde unter Anwendung der in Beispiel 1 beschriebenen Arbeitsweise zu Briketts verformt, und die
erhaltenen Briketts wiesen eine Dichte von 4,9 g/cm auf.
Die Briketts wurden verwendet, um 1500 kg schmelzflüssiges
Eisen bei 152O°C zu behandeln, wobei die Zugabemenge 1,3 Gew.% betrug. Die Briketts wurden auf den Boden einer Pfanne gebracht und mit 1 Gew.%, bezogen auf das Gewicht des geschmolzenen
Eisens, Stahlstanzabfällen bedeckt, worauf das geschmolzene
Eisen in die Pfanne gegossen wurde. 21 solcher Behandlungen
wurden durchgeführt, und die durchschnittliche Magnesiumausbeute betrug 24,5 %.
Eisen bei 152O°C zu behandeln, wobei die Zugabemenge 1,3 Gew.% betrug. Die Briketts wurden auf den Boden einer Pfanne gebracht und mit 1 Gew.%, bezogen auf das Gewicht des geschmolzenen
Eisens, Stahlstanzabfällen bedeckt, worauf das geschmolzene
Eisen in die Pfanne gegossen wurde. 21 solcher Behandlungen
wurden durchgeführt, und die durchschnittliche Magnesiumausbeute betrug 24,5 %.
Die folgenden Zusammensetzungen wurden durch Zusammengehen der
nachstehenden Bestandteile hergestellt:
(F) Stahlpulver (Teilchengröße weniger als
0,5 mm, Eisengehalt 99 %) 90,0 %
Magnesium (Teilchengröße weniger als
0,35 mm) 5,0 %
Calciumsilicid (Teilchengröße weniger als
0,50 mm) 5,0 %
809823/0728
(G) Stahlpulver (Teilchengröße weniger als
0,5 mm, Eisengehalt 99 %) 88,0 %
Magnesium (Teilchengröße weniger als
0,35 mm) 5,0 %
Calciumsilicid (Teilchengröße weniger als
0,50 mm) 5,0 %
kristalliner Graphit 2,0 %".
Die Zusammensetzungen wurden mittels des in Beispiels 1 beschriebenen
Verfahrens zu Briketts verformt.
Die aus der Zusammensetzung (F)hergestellten Briketts wiesen eine Dichte von 5,1 g/cm und die aus der Zusammensetzung (G)
hergestellten Briketts eine Dichte von 5,6 g/cra auf.
Briketts beider Zusammensetzungen wurden verwendet, um 1300 kg
geschmolzenes Eisen bei einer Temperatur von 1510°C unter Anwendung einer Zugabemenge von 2 Gew.% zu behandeln. Die
Briketts wurden auf den Boden einer Pfanne gebracht und mit 2 Gew.%, bezogen auf das Gewicht des zu behandelnden Eisens,
Stahlstanzabfällen bedeckt, worauf das geschmolzene Eisen in die Pfanne gegossen wurde. Die Zusammensetzung (F) ergab eine
Magnesiumausbeute von 40,5 %, und die Zusammensetzung (G) eine Magnesiumausbeute von 41,0 %.
Die folgenden Zusammensetzungen wurden hergestellt und zu
809823/0728
Preßlingen der jeweils angegebenen Dichte verpreßt. In allen Fällen wurden die Preßlinge verwendet, um die Kugelgraphitbildung
in Gußeisen zu bewirken, wobei befriedigende Ergebnisse ohne heftige Reaktion und mit befriedigenden
Magnesiumausbeutewerten erzielt wurden. In allen Fällen wiesen die Einzelbestandteile die zuvor angegebene Reinheit
und die oben angegebenen Teilchengrößen auf.
809823/0728
Dichte
O
CD
OO
CD
OO
6
7
8
9
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
4,3 4,5 4,5 4,6 4,7 4,8 4,8 4,9 4,9 5,1 5,2 5,4 5,7 5,5 5,8
Magnesium in % |
Calcium- silicid in % |
Mg/Ca-Ver- hältnis (etwa) |
Eisen in % |
10 | 13,4 | 2,5:1 | 74,6 |
10 | 7,5 | 4,4:1 | 79,5 |
10 | 7,5 | 4,4:1 | 78,5 |
10 | 9,0 | 3,4:1 | 77,75 |
10 | 11 ,0 | 3,03:1 | 77,6 |
10 | 7,5 | 4,4:1 | 80,5 |
10 | 7,5 | 4,4:1 | 80,5 |
7,5 | 5,6 | 4,46:1 | 84,9 |
7,5 | 7,5 | 3,0:1 | 85,0 |
7,5 | 5,6 | 4,46:1 | 84,9 |
7,5 | 5,6 | 4,46:1 | 84,9 |
6,5 | 4,0 | 5,4:1 | 87,0 |
6,0 | 3,0 | 6,0:1 | 88,5 |
5,0 | 5,0 | 3,0:1 | 90,0 |
5,0 | 3,8 | 4,39:1 | 89,2 |
Kohlenstoff in %
3,0 3,0 4,0 3,25
2,5
2,5 2,5
2,0
cn
CO
OO
K)
Es wurden zwei weitere Versuche durchgeführt, bei welchen Preßlinge getestet wurden, die entsprechend den folgenden
Bedingungen hergestellt wurden:
21) Magnesiumgehalt 10 %, Calciumsilicidgehalt 7,5 %,
Rest reiner Eisenschwamm, Mg:Ca-Verhältnis 4,4:1, Dichte 4,1 g/cm . Bei Verwendung in einer Gießerei
schwamm der Preßling aufgrund der niedrigen Dichte auf der Oberfläche der Eisenschmelze, und es wurde
nur eine Magnesiumausbeute von 7,5 % erreicht, was völlig unbefriedigend ist.
22) Magnesiumgehalt 10 %, Calciumsilicidgehalt 4 %, Kohlenstoffgehalt 2 %, Rest reiner Eisenschwamm,
Mg/Ca-Verhältnis 8,3:1, Dichte 5,0 g/cm3. Bei Verwendung
in einer Gießerei war die Reaktion zwischen dem Magnesium und der Schmelze zu heftig, was zeigt,
daß die Grenze für das Mg/Ca-Verhältnis bei etwa
8:1 liegt.
ugs:kö:cm
809823/0728
-JS-
Leerseite
Claims (12)
1. Mittel zur Behandlung von Eisen, bestehend aus einer verdichteten Mischung mit einem Gehalt an !einteiligem
Eisen, Magnesium und Calcium, dadurch gekennzeichnet, daß
(a) der Magnesiumgehalt zwischen etwa 5 und 15 Gew.% liegt,
(b) das Gewichtsverhältnis von Magnesium zu Calcium im Bereich von 1:1 bis 8:1 liegt,
(c) das Eisen eine Reinheit von mindestens 95 Gew.% und eine Teilchengröße von weniger als 0,5 mm aufweist
und
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ORIGINAL INSPECTED
(d) die Dichte der Mischung mindestens 4,3 g/cm beträgt.
2. Mittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das
Gewichtsverhältnis von Magnesium zu Calcium im Bereich von 4,5:1 bis 1:1 liegt.
3. Mittel nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnesium eine Teilchengröße von weniger als 0,7 mm
aufweist.
4. Mittel nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnesium eine Reinheit von mindestens 99 Gew.%
und eine Teilchengröße von 0,15 bis 0,40 mm aufweist.
5. Mittel nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Calcium in Form von Calciumsilicid vorliegt.
6. Mittel nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Eisen in Form von Eisenschwamm oder Stahlpulver
mit einer Teilchengröße von weniger als 0,2 mm vorliegt.
7. Mittel nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß es neben Calcium andere Erdalkalimetalle und/oder Seltene Erdmetalle und/oder Zinn enthält.
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8. Mittel nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
daß es bis zu 5 Gew.% Kohlenstoff enthält.
9. Mittel nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,
daß es in Form von Preßlingen mit einem Volumen von 0,5 bis 10 cm vorliegt.
10. Verfahren zur Herstellung von Kugelgraphitgußeisen, bei welchem man in ein Legierungsgefäß eine bestimmte Menge
an Behandlungsmittel legt und «**ewhn»e*B*fcee- flüssiges
Eisen in das Gefäß gießt, dadurch gekennzeichnet, daß man als Behandlungsmittel ein Mittel gemäß den Ansprüchen 1
bis 9 verwendet.
11. Verfahren gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß man in das Legierungsgefäß, bezogen auf das zu behandelnde
flüssige Eisen, 0,5 bis 3,0 Gew.% des Behandlungsmittels einbringt.
12. Verfahren zum Desoxydieren von Stahl und zum Entschwefeln von Eisen, bei welchem man in ein Legierungsgefäß eine
bestimmte Menge eines Behandlungsmittels einbringt und Stahl oder Eisen in das Gefäß gießt, dadurch gekennzeichnet,
daß man ein Behandlungsmittel gemäß den Ansprüchen 1 bis verwendet.
809823/072 Γ
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