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Verfahren zur Erzeugung von hochwertigem Grauguss
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung von Grauguss-Eigenschaften und zur Erzeugung von hochwertigem Grauguss durch eine Behandlung der Schmelze mit Kalziumkarbid und mit amorphem Kohlenstoff. Insbesondere wird im erfindungsgemässen Verfahren eine neuartige metallurgische Behandlung angewendet und durchgeführt, die die Graphitstruktur des erhaltenen Graugusses verändert und aufwertet. Die Graphitstruktur der erfindungsgemäss behandelten Graugusseisenschmelze, welche ursprünglich eine D- oder E-Struktur besitzt, wird in eine Struktur des A-Typs umgewandelt.
Auch die zum Teil ferritischen Grundmassenbestandteile werden beim erfindungsgemässen Verfahren in perlitische Massenbestandteile umgewandelt, wobei eine einheitliche perlistische Grundmasse entsteht.
Es wird ferner durch die erfindungsgemässe Behandlung die Abschrecktiefe im Metall erniedrigt. Durch diese Vereinheitlichung der Struktur des Gusseisens wird eine Erhöhung der Zugfestigkeit bewirkt.
Graugusseisen wird bekanntlich im Kupolofen hergestellt. Grauguss enthält Kohlenstoff in eutektischen Zellen und in Form von Graphit, welcher sich bei der Umwandlung des Austenits bildet. Die GraugussStruktur besteht dementsprechend aus einer Perlitgrundmasse, in die der Graphit in Form von Flocken eingebettet ist. Üblicherweise ist Eisen mit Perlitgrundmasse widerstandsfähiger als Eisen mit FerritGrundmasse.
Bei der Herstellung von Weissguss muss das Abkühlen schnell durchgeführt werden. Bei der Herstellung von Grauguss wird jedoch die Abkühlungsgeschwindigkeit kontrolliert. Die Abkühlungsgeschwindigkeit, die Verteilung der Erstarrungskeime im Guss und die Zusammensetzungsbestandteile und ihre Prozentanteile im Metall beeinflussen alle in entscheidender Weise die Struktur des Fertig-Gusses. Die Mikrostruktur von Graueisen beeinflusst entscheidend die Werteinteilung des Gusses bzw. seine qualitativen Eigenschaften. Die Guss-Struktur als solche beeinflusst fernerhin alle physikalischen Eigenschaften, z. B. Sprödigkeit, Zugfestigkeit, Durchbiegung und Härte des Gusseisenstückes. Dementsprechend wird natürlich auch die Verwertbarkeit und Zerspanbarkeit des erstellten Eisens durch seine Beschaffenheit bestimmt.
Die Graueisengrundmasse wird aus Ferrit, Perlit oder einer Mischung derselben gebildet, wobei in der Grundmasse Graphit flockig vorliegt und oft auch Zementit-, Steadit-, und Sulndbeimischun- gen in der Grundmasse enthalten sind. Die Graphitflocken werden vom Kohlenstoffüberschuss gebildet, der aus der festen Lösung des Graueisens ausgeschieden worden ist. Nach Grösse und Art werden die Graphitflocken als Typ A, B, C, D und E mit einer Grössenordnung von 1 bis 8 bezeichnet.
Wenn das Graueisen aus dem Kupolofen abgestochen wird, weist es eine bestimmte Zusammensetzung auf und enthält Kohlenstoff und Eisen mit Beimischungen von Mangan, Silizium, Schwefel und Phosphor. Auf Grund des Gleichgewichtsgesetzes müsste Graueisen bei Verfestigung eine Perlitgrundmasse mit A-Typ Graphitverteilung bilden. Es müssen daher Zusätze zur Aufwertung verwendet werden. Insbesondere solche, die einen hohen Siliziumgehalt besitzen, eignen sich zur Herstellung von guten Mikrostrukturen. Die Zusätze beeinflussen die Grösse der sich bildenden eutektischen Zellen und auch die Kohlenstofflöslichkeit der Schmelze. Grosse eutektische Zellen bilden kleine und gut verteilte Graphitflocken, die aus Graphit D und E bestehen. Kleine eutektische Zellen bilden grössere Graphitflocken, die aus Graphit A bestehen.
Es wäre noch zu erwähnen, dass ein niedriger Schwefelgehalt im Graueisen die Bildung einer Perlitgrundmasse mit A-Graphit begünstigt und eine Verringerung der Abschrecktiefe bewirkt.
Es ist bekannt, dass durch Zusatz von Kalziumkarbid in hohen Konzentrationen (d. h. 10-15 kg/Tonne) Graugusseisen entschwefelt wird. Durch die Entschwefelung wird auch die Verfeinerung der Mikrostruktur im Guss bewirkt. Es ergeben sich jedoch bei der Verwendung von diesen hohen Konzentrationen an Kalziumkarbid gewisse Schwierigkeiten, die nicht leicht zu beseitigen sind. Z. B. ergibt sich bei der Verwendung grosser Mengen von Kalziumkarbid ein grosser Schlackenanfall, der das Verfahren erschwert, da die anfallende Schlacke laufend entfernt werden muss.
Erfindungsgemäss wird hier ein neues Verfahren dargelegt, das die Eigenschaften und die Mikrostruktur des Graugusseisens verbessert und durch das die Notwendigkeit für eine Entschwefelung entfällt. Durch das erfindungsgemässe Verfahren werden Guss-Stücke mit ausgezeichneten Eigenschaften erstellt und das
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Verfahren ist besonders auf die Aufwertung von Grauguss gerichtet. Erfindungsgemäss wird bei der Herstellung von Grauguss der Schmelze Kalziumkarbid und amorpher Kohlenstoff zugesetzt. In dem erfin- dungsgemässen Verfahren wird durch den Zusatz von bestimmten Mengen von Kalziumkarbid und amorphem Kohlenstoff die Beschaffenheit des Guss-Stückes so beeinflusst, dass seine Graphitstruktur von D oder E in A umgewandelt wird.
Das erfindungsgemässe Verfahren betrifft jedoch nicht nur die Verbesserung des Graphittyps im GussStück, sondern es wird auch die Grundmasse entschieden verbessert. Das erfindungsgemässe Verfahren wandelt die Ferritgrundmasse in eine Perlitgrundmasse um. Das erfindungsgemässe Verfahren bewirkt eine Verringerung der Abschrecktiefe des Guss-Stückes. Die mit dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellten Grauguss-Stücke zeigen eine Aufwertung ihrer physikalischen Eigenschaften, besonders eine Verbesserung der Zugfestigkeit, die ohne Entschwefelung erzielt wird. Das Verhältnis zwischen Kalziumkarbid und Kohlenstoff wird erfindungsgemäss so bemessen, dass ungefähr 1 kg Kalziumkarbid und 1 kg amorpher Kohlenstoff für jede Tonne zu behandelnder flüssiger Schmelze verwendet werden.
Der amorphe Kohlenstoff und das Kalziumkarbid können entweder zusammen oder getrennt in die flüssige Schmelze eingebracht werden. Es gibt dafür verschiedene Methoden, z. B. können das Kalziumkarbid und der amorphe Kohlenstoff gemeinsam in einem Trägergas in die Schmelze eingeblasen werden oder beide Zusätze können getrennt in die Schmelze eingeblasen werden. Es ist selbstverständlich, dass Einblasen nicht der einzige Weg ist. Die Zusätze können von Hand aus in die Schmelze eingebracht werden. Bevorzugterweise werden die Zusätze erfindungsgemäss in den Abstichstrahl eingeführt oder sie werden dem Eisen schon im Vorherd zugesetzt. Die Temperatur des Eisens sollte beim Zusetzen dieser Stoffe nicht unter 1400 C liegen. Bei dem erfindungsgemässen Verfahren tritt trotz der Kalziumkarbidanwendung keine Entschwefelung auf.
Eine weitere wirksame Methode für die erfindungsgemässe Einführung des amorphen Kohlenstoffes in die Schmelze sieht vor, dass der amorphe Kohlenstoff einfach in den Strom des geschmolzenen Eisens eingeleitet wird, wenn das geschmolzene Eisen aus dem Kupolofen abgestochen wird. Die bevorzugte Art und Weise der Zuführung des Kalziumkarbids ist das Einblasen, da die dazu benötigte Zeitspanne nicht mehr als 20 bis zu 40 sec beträgt. In diesem kurzen Zeitraum kann die notwendige Menge Kalziumkarbid in das zu behandelnde Schmelzgut eingetragen werden.
Es ist anderseits erfindungsgemäss möglich, das Kalziumkarbid dem Schmelzgut zuzuführen, indem grosse Stücke von Kalziumkarbid in den Vorherd des Kupolofens eingebracht werden, während das Metall diesen Vorherd durchfliesst. Im letzteren Falle ist es notwendig, dass die zugesetzten Mengen von Kalziumkarbid quantitativ den Mengen, die sonst eingeblasen würden, d. h. 1 kg Kalziumkarbid pro Tonne Schmelzgut, gleich sind. Während der Behandlung des Eisens mit den erfindungsgemässen Zusätzen muss die Temperatur des behandelten Eisens innerhalb der Grenzen von 1450 bis 1560 C liegen. Verfahrensmässig haben
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Tonne Eisen als brauchbar erwiesen.
Nach dem Abschluss der Behandlung, d. h. nach Zusatz der bestimmten Mengen von Kalziumkarbid und amorphem Kohlenstoff ist das Eisen zum Abgiessen fertig. Auf Grund der erfindungsgemässen Kal- ziumkarbid-Kohlenstoff-Behandlung kann auch der Prozentsatz von Roheisen in der ursprünglichen Kupolofencharge beträchtlich herabgesetzt und die Schrottmenge gesteigert werden. Auf diese Weise wird, vom wirtschaftlichen Standpunkt aus gesehen, eine erhebliche Erniedrigung der Herstellungskosten erzielt.
In üblichen und allgemein gebräuchlichen Verfahren besteht die Kupolofencharge im allgemeinen aus 40% Roheisen, 50% Schrott und 10% Stahl. Im erfindungsgemässen Verfahren kann eine Kupolofencharge, die aus nur 25% Roheisen besteht, aber 65% Schrott und 10% Stahl enthält, erfolgreich in ein brauchbares Gussgut umgewandelt werden.
Es ist sofort ersichtlich, dass die Erhöhung des Prozentsatzes an Schrott und die Verringerung des Prozentsatzes von Roheisen bei Zusammensetzung der Charge zu einer erheblichen Verbesserung der Rohstoffkostengestaltung führt, wobei ausserdem noch die Eigenschaften der erstellten Guss-Stücke (Perlitgrundmasse mit Graphit des Typs A) den Eigenschaften von Guss-Stücken, die auf bekannte Art und Weise hergestellt werden (Ferritgrundmasse mit Graphit der Typen D und E) weitgehend überlegen sind. Die vorliegende Erfindung soll nun an Hand von Beispielen weiter erläutert werden.
Beispiel :
Ein Kupolofen wird mit einer Charge von 15% Roheisen, 70% Eisenschrott und 15% Stahl beschickt.
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wieder photomikrographische Aufnahmen gemacht und es ergab sich, dass das behandelte Eisen eine Graphitstruktur des Typs A und B aufwies und zusätzlich noch Graphit des Typs D und E vorhanden war.
Die Abschrecktiefe des mit Kalziumkarbid behandelten Eisens konnte bei einem Wert von 5 mm festgesetzt werden. 90 kg dieses mit Kalziumkarbid behandelten Eisens wurden dann in eine Giesspfanne eingetragen
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und dem Eisen wurde i kg amorpher Kohlenstoff zugesetzt. In der Mikrophotographie war nun eine Eisenzusammensetzung, die 80% Typ A-Graphit in der Struktur zeigte, zu sehen und ausserdem hatte das Eisen eine Abschrecktiefe von 1 mm.
Es ist daher erfindungsgemäss nicht nötig, Graueisen mit Legierungsstoffen, die Silizium, Kalzium und Zirkonium enthalten, zu behandeln, um dadurch eine gewünschte Abschrecktiefe zu erzielen und die gewünschte Graueisenstruktur zu erhalten. Wenn gewünscht, können aber geringere Mengen von diesen Legierungszusätzen verwendet werden, ohne dass das erfindungsgemässe Verfahren beeinträchtigt wird.
Ihre Verwendung ist jedoch nicht votwendig.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Erzeugung von hochwertigem Grauguss, dadurch gekennzeichnet, dass der Eisenschmelze
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stoff je Tonne Eisen zugesetzt werden.