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.
Method for treating liquid iron melts with a metal which is gaseous at the treatment temperature. The present invention relates to a method for treating liquid iron selimelzen with a metal, in particular magnesium, which is gaseous at the treatment temperature.
The addition of magnesium to a liquid pig iron melt has gained in importance in recent years; It has been recognized that the addition of magnesium causes the formation of the graphite of such pig iron to be different after solidification. While the graphite in conventional pig iron takes the form of flakes, the shape of the graphite in pig iron treated with magnesium is spherical. As a result, the strength properties of this cast iron with spherical graphite are much higher than those of the ordinary gray cast iron.
The elongation at break determined in the tensile test, which barely reaches the value of 1% in gray cast iron, increases to 15 to 20% or even higher with the formation of the graphite in spherical form.
Magnesium is added to the liquid pig iron melts at temperatures of around 1450 C. Pure magnesium melts at 650 C and boils at 1110 C. Above the boiling temperature, the magnesium is only available in vapor form. Its vapor pressure rises above the boiling temperature. the temperature faster and faster.
The vapor pressure of the gaseous magnesium <B> G </B> is determined by the following equation
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 At 1450 C, at the temperature at which magnesium should be added to the liquid pig iron, the vapor pressure of: magnesium is about 10 atm., as can be seen in the following table.
EMI0001.0021
Temperature <SEP> <SEP> C <SEP> 1200 <SEP> 1300 <SEP> 1400 <SEP> 1500
<tb> Vapor pressure <SEP> of the <SEP> Mg <SEP> in <SEP> Atm. <SEP> 2.22 <SEP> 4.50 <SEP> 8.40 <SEP> 13.16 If a piece of magnesium is added to the liquid pig iron bath at 1450 C, the magnesium evaporates at a pressure of around 10 Atn. Such a method of operation leads to liquid iron parts being ejected from the melt and the vaporous magnesium burns explosively in the air to form magnesium oxide.
To reduce the high vapor pressure of magnesium, attempts have been made to alloy magnesium with other metals. The obvious idea of alloying pure magnesium with pure iron is impracticable because there is no significant solubility in the solid state. So one was forced to produce alloys on the basis of Mg-Ni and Mg-Cu among other, even more complicated ones.
In an alloy of around 10% Mg and 90% Ni, the vapor pressure of the magnesium falls to around a tenth and is therefore only around 1 atm at around 1450 C. The addition of magnesium becomes less dangerous through this measure, although (as the burning of the magnesium in the air cannot be eliminated by this method of operation and this increases the consumption of magnesium and thus of the alloy. With an alloy of 10% Mg and 90% Ni was only observed about 50% utilization of the magnesium.
With this method of operation, however, larger amounts of accompanying elements (nickel or copper) get into the melt at the same time as magnesium. Apart from the economic disadvantages (copper and nickel are significantly more expensive than pig iron), such a process leads to the contamination of the iron with alloying elements which, because they are more noble than iron, can no longer be removed from the iron. By further using the casting riser etc.
(The output of finished goods is around 50% of the amount used for cast iron with spherical graphite), and later for the old castings, more and more nickel or copper accumulates in the iron and slowly contaminates all of the old material.
The method according to the present invention differs from these known methods in that the metal is fed into the iron melt at a pressure which is above the static pressure of the iron melt, at least in part the internal vapor pressure of the iron melt in contact The coming metal will be introduced into the smelter. The dangerous property of forming high vapor pressure at the treatment temperatures is used to bring pure magnesium safely into the liquid iron bath.
If it is ensured that the vaporous magnesium does not reach the air atmosphere, but has to pass through the liquid iron melt, then the introduction of the magnesium into the liquid iron melt can take place in pure form.
With reference to the in Fig. 1 of the drawing is provided, known apparatus and the sections shown in Fig. 2 and 3 (micrographs), the method is described as an example.
In FIG. 1, 1 denotes a container in which there is a liquid raw iron salt 2 consisting of hypoeutectic or eutectic or hypereutectic iron / carbon alloy. A tube 3 is made of highly heat-resistant material. immersed in the pig iron clay 2 until its end reaches close to the bottom of the container 1. A container 4, which is provided with a tap 5 at the top and a slide 6 at the bottom, contains a weighed amount of magnesium powder 7. A connecting piece 8 protrudes into the tube 3 below the slide 6.
The method of operation with this apparatus is as follows: Pure magnesium in powder form is filled through the upper end opening of Behäl age 4. and then the valve 5 is closed. It trickles through Seheiber 6. the magnesium powder 7 into the tube 3 and falls on the surface of the liquid pig iron, the z. B. has a temperature of 1450 C and evaporates. The pressure increase resulting from the evaporation pushes the level of the liquid pig iron in the tube 3 down to the lower end of the same, and the further magnesium vapor escapes as gas bubbles from the lower end of the tube 3 through the liquid pig iron melt upwards.
This creates a pressure that is only slightly above the static pressure of the iron melt and causes the magnesium vapor to be introduced into the pig iron melt. During the ascent, the gaseous magnesium reacts with the liquid pig iron. The molten pig iron is treated until it forms spherical crraphite as it solidifies.
The procedure can be carried out with. The same result can be carried out if the magnesium vapor is pressed into the pig iron melt at the same time as a protective gas. A gas that does not contain magnesium can be used as a protective gas. or reacts poorly, for example argon or nitrogen, who is used. At the beginning of the treatment, the protective gas is expediently introduced into the tube 3 below the slide 6 and set to a pressure which is only slightly above the static pressure of the molten iron. As soon as the protective gas rises in small bubbles through the pig iron melt, the slide 6 can be opened and the magnesium can be introduced as described above.
The use of protective gas is not absolutely necessary.
2 and 3 are micrographs which show the microstructure of a pig iron before and after the treatment with pure magnesium in enlargement. The pig iron of Fig. 2 is a hematite pig iron. After the treatment, the same shows a structure according to FIG. 3 with clearly spherulitic graphite.
The above-described treatment of pig iron with pure magnesium uses the dangerous property of magnesium to generate high vapor pressure in order to bring the magnesium safely into the pig iron salt. The rising gas bubbles of magnesium vapor create a bath movement in the pig iron melt, which causes a good mixture of the melt ver.
The process described can also be carried out with other metals which are gaseous at the treatment temperature. For technical and physical reasons, the use of magnesium gives the most economical result. It is possible, without changing the process, for additives to be introduced at the same time as the metal. As additives, for example FeSi or substances which, for example, promote the desulfurization of the iron melt, can be used.