Verfahren zur Behandlung flüssiger Eisenschmelzen mit einem Metall, welches bei der Behandlungstemperatur gasförmig ist. Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung flüssiger Eisen- selimelzen mit einem Metall, insbesondere Magnesium, welches bei der Behandlungstem peratur gasförmig ist.
Dei Zugabe von Magnesium zu einer flüs sigen Roheisenschmelze hat in den letzten Jah ren an Bedeutung gewonnen; man hat näm- lieh erkannt, dass durch die Zugabe des Ma gnesiums die Aasbildung des Graphits eines solchen Roheisens nach der Erstarrung eine andere ist. Während der Graphit im üblichen Roheisen die Form von Blättchen annimmt, ist die Form des Graphits des mit Magnesium behandelten Roheisens kugelig. Dies hat zur Folge, dass die Festigkeitseigenschaften dieses Gusseisens mit kugeligem Graphit viel höher liegen als die des gewöhnlichen grauen Guss eisens.
Die im Zugversuch ermittelte Bruch dehnung, die beim grauen Gusseisen kaum die Werte von 1 % erreicht, steigt mit der Ausbildung des Graphits in kugeliger Form auf 15 bis 20 % oder sogar höher.
Die Zugabe des Magnesiums zu den flüs sigen Roheisenschmelzen erfolgt bei Tempera turen von rund 1450 C. Reines Magnesüun schmilzt bei 650 C und siedet bei 1110 C. Oberhalb der Siedetemperatur ist das Magne sium nur noch in Dampfform vorhanden. Sein Dampfdruck steigt oberhalb der Siede temperatur mit. der Temperatur immer rascher.
Der Dampfdruck des gasförmigen Magnesiums <B>G</B> wird bestimmt durch die folgende Gleichung
EMI0001.0018
Log <SEP> p <SEP> (in <SEP> mm <SEP> Hg) <SEP> _ <SEP> - <SEP> <U>717</U>1 <SEP> . <SEP> + <SEP> 8,089
<tb> C +273 Bei 1450 C, bei der Temperatur, bei der dem flüssigen Roheisen Magnesium zugeführt werden sollte, beträgt der Dampfdruck des :Magnesiums etwa 10 Atm., wie aus nachste hender Tabelle ersichtlich ist.
EMI0001.0021
Temperatur <SEP> <SEP> C <SEP> 1200 <SEP> 1300 <SEP> 1400 <SEP> 1500
<tb> Dampfdruck <SEP> des <SEP> Mg <SEP> in <SEP> Atm. <SEP> 2,22 <SEP> 4,50 <SEP> 8,40 <SEP> 13,16 Gibt man ein Stück Magnesium dem flüs sigen Roheisenbad von 1450 C zu, so verpufft das 31agnesium mit einem Druck von etwa 10 Atn. Eine solche Arbeitsweise führt dazu, dass flüssige Eisenteile aus der Schmelze her ausgesehleudert werden und das dampfför- mige Magnesium an der Luft explosionsartig zu Magnesiumoxyd verbrennt.
LTin den hohen Dampfdruck des Magne siums zu erniedrigen, hat man versucht, Ma gnesium mit andern Metallen zu legieren. Der naheliegende Gedanke, reines Magnesium mit reinem Eisen zu legieren, ist undurchführbar, weil im festen Zustand keine bedeutende Löslichkeit besteht. So war man gezwungen, Legierungen auf der Basis von Mg-Ni und Mg-Cu neben andern, noch komplizierteren herzustellen.
In einer Legierung von etwa 10 % Mg und 90 % Ni sinkt der Dampfdruck des Magnesiums auf etwa ein Zehntel und be trägt somit bei etwa 1450 C nur noch rund 1 Atm. Die Magnesiumzugabe wird durch diese Massnahme weniger gefährlich, obgleich (las Verbrennen des Magnesiums an der Luft nach dieser Arbeitsweise nicht beseitigt wer den kann und dadurch der Verbrauch an Ma gnesium und somit an der Legierung steigt. Bei einer Legierung von 10 % Mg und 90 % Ni wurde bloss etwa eine 50 %ige Ausnützung des Magnesiums beobachtet.
Mit dieser Arbeitsweise gelangen aber gleichzeitig mit Magnesium auch grössere Men gen an Begleitelementen (Nickel oder Kupfer) in die Schmelze. Abgesehen von den wirt- sehaftlichen Nachteilen (Kupfer und Nickel sind bedeutend teurer als Roheisen), führt ein solches Verfahren zur Verunreinigung des Eisens mit Legierungselementen, die, weil sie edler sind als Eisen, nicht mehr aus dem Eisen zu entfernen sind. Durch die Weiter v erwendting der Gusssteiger usw.
(das Aus bringen an fertiger Ware beträgt beim Guss eisen mit. kugeligem Graphit etwa 50 % des Einsatzes), und später der alten Gussstücke, sammelt sich immer mehr und mehr Nickel oder Kupfer im Eisen an und verunreinigt damit langsam das gesamte Altmaterial.
Von diesen bekannten Verfahren unter scheidet sich das Verfahren gemäss vorliegen der Erfindung dadurch, dass das Metall mit einem Druck, der über dem statischen Druck der Eisenschmelze liegt, in die Eisenschmelze hineingeleitet wird, wobei mindestens teil weise der Eigendampfdruck des mit der Ei senschmelze in Berührung kommenden Me- talles seine Einführung in die Schmelze be- wirh-t. Die gefährliche Eigenschaft, bei den Behandlungstemperaturen hohen Dampfdruck zu bilden, wird dazu verwendet, um reines Magnesium gefahrlos in das flüssige Eisenbad zu bringen.
Sorgt man dafür, dass das dampf- förmige Magnesium nicht an die Luftatmo sphäre gelangt, sondern durch die flüssige Eisenschmelze hindurch gehen muss, dann kann die Einführung des Magnesiums in die flüssige Eisenschmelze in reiner Form er folgen.
An Hand der in Fig. 1 der Zeichnung dar gestellten, an sich bekannten Apparatur und den in Fig. 2 und 3 dargestellten Schliffen (Mikrobildern) wird das Verfahren beispiels weise beschrieben.
In Fig. 1 ist mit 1 ein Behälter bezeichnet, in welchem sich eine aus untereutektischer bzw. eutektischer bzw. übereutektischer Eisen kohlenstofflegierung bestehende flüssige Roh- eisensehmelze 2 befindet. Ein Rohr 3 aus hochhitzebeständigem Material ist. in die Roheisensehmelze 2 eingetaucht, bis dessen Ende nahe an den Boden des Behälters 1 her anreicht. Ein Behälter 4, welcher oben mit einem Hahn 5 und unten mit einem Schieber 6 versehen ist, enthält eine abgewogene Menge Magnesiumpulver 7. Unter dem Schieber 6 ragt ein Stutzen 8 in das Rohr 3 hinein.
Die Arbeitsweise mit dieser Apparatur ist die folgende: Reines Magnesium in Pulverform wird durch die obere Absehlussöffnung des Behäl ters 4 eingefüllt. und hiernach der Hahn 5 geschlossen. Durch den Seheiber 6 rieselt. das Magnesiumpulver 7 in das Rohr 3 und fällt auf die Oberfläche des flüssigen Roheisens, das z. B. eine Temperatur von 1450 C hat und verdampft. Die durch die Verdampfung erfolgende Druckvergrösserung drückt den Spiegel des flüssigen Roheisens im Rohr 3 herunter bis zum untern Ende desselben, und der weitere Magnesiumdampf entweicht als Gasblasen vom untern Ende des Rohres 3 durch die flüssige Roheisenschmelze nach oben.
Dabei bildet sich ein Druck, der nur wenig über dem statischen Druck der Eisenschmelze liegt und die Einfühiting des Magnesium dampfes in die Roheisenschmelze bewirkt. Während des Aufsteigens reagiert das gasför mige Magnesium mit dem flüssigen Roheisen. Die Roheisenschmelze wird so lange behan delt, bis sie bei der Erstarrung sphärolitischen Crraphit bildet.
Das Verfahren kann mit. dem gleichen Er gebnis durchgeführt werden, wenn der Ma gnesiumdampf gleichzeitig mit einem Schutz gas in die Roheisenschmelze eingepresst wird. Als Schutzgas kann ein Gas, das mit Magne sium nicht. oder schlecht reagiert, beispiels weise Argon oder Stickstoff, verwendet wer den. Das Schutzgas wird zu Beginn der Be handlung zweckmässigerweise unterhalb des Schiebers 6 in das Rohr 3 eingeführt und auf einen Druck eingestellt, der nur wenig über dem statischen Druck der Eisenschmelze liegt. Sobald das Schutzgas in kleinen Blasen durch die Roheisenschmelze aufsteigt, kann der Schieber 6 geöffnet und das Magnesium, wie oben beschrieben, eingeführt werden.
Die Ver wendung von Schutzgas ist aber nicht unbe dingt notwendig.
Die Fig. 2 und 3 sind Schliffbilder, welche die Mikrostruktur eines Roheisens vor und nach der Behandlung mit reinem Magnesium in Vergrösserung darstellen. Das Roheisen von Fig. 2 ist ein Hämatit-Roheisen. Nach der Be handlung zeigt dasselbe eine Struktur gemäss Fig. 3 mit deutlich sphärolithischem Graphit.
Die oben beschriebene Behandlung von Roheisen mit reinem Magnesium benützt die an sieh gefährliche Eigenschaft des Magne siums, hohen Dampfdruck zu erzeugen, um das Magnesium gefahrlos in die Roheisen sehmelze zu bringen. Die aufsteigenden Gas blasen von Magnesiumdampf erzeugen eine Badbewegung in der Roheisenschmelze, welche eine gute Durehmischung der Schmelze ver ursacht.
Das beschriebene Verfahren ist auch mit andern Metallen, welche bei der Behandlungs- temperatur gasförmig sind, durchführbar. Aus technischen und physikalischen Gründen ergibt die Verwendung von Magnesium das wirtschaftlichste Resultat. Es ist ohne Ände- rtung des Verfahrens möglich, dass gleichzeitig mit dem Metall auch Zusatzstoffe eingeführt werden. Als Zusatzstoffe können beispiels weise FeSi oder Stoffe, welche beispielsweise die Entschwefelung der Eisenschmelze för dern, verwendet werden.