CH649727A5 - Method for conserving magnesium-containing cast iron melts in the state ready for casting for prolonged periods - Google Patents
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Description
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Konservieren von magnesiumhaltigen Gusseisenschmelzen in giessfertigem Zustand über längere Zeiträume zu schaffen, bei der, unter Bewältigung der oben aufgezeigten Probleme mit Sicherheit der erforderliche Magnesiumgehalt der Gusseisenschmelze gewährleistet ist.
Die Erfindung betrifft demnach ein Verfahren zum Konservieren von magnesiumhaltigen Gusseisenschmelzen in giessfertigem Zustand über längere Zeiträume, beispielsweise mehrere Stunden oder Tage, unter Verwendung einer Schutzgasatmosphäre, bei der erfindungsgemäss die über mindestens einen Teil der Schmelzeoberfläche befindliche Schutzgasatmosphäre, aus einem inertem Gas, einschliesslich aller Begrenzungsteile auf einer Temperatur über dem Siedepunkt von Magnesium, d.i. 1102 °C gehalten wird und stets einen Partialdruck von dampfförmigem Magnesium aufweist, der gleich oder höher ist als der Dampfdruck des Magnesiums innerhalb der Schmelze.
Auf diese Weise wird verhindert, dass dampfförmiges Magnesium kondensiert und dadurch der Partialdruck absinkt.
Gemäss einem weiteren Vorschlag der Erfindung wird die gesamte Schmelzeoberfläche unter magnesiumhaltiger Inertgasatmosphäre in einem geschlossenen Ofen gehalten.
In Weiterbildung des Erfindungsgedankens kann auch nur ein Teil der Schmelzeoberfläche unter Aufbringen einer tauchglockenähnlichen Vorrichtung unter magnesiumhaltiger Inertgasatmosphäre gehalten werden.
Es hat sich nämlich gezeigt, dass das Einbringen von Magnesium in Gusseisenschmelzen, das bekanntlich mit grossen Schwierigkeiten verbunden sein kann, erfindungsgemäss allein aus der Gasphase zu bewerkstelligen ist.
Ebenso ist es möglich, wenn eine solche Schmelze über einige Tage abstehen muss, den Magnesiumgehalt in der Schmelze absinken zu lassen und den alten Zustand kurz vor dem Giessen dadurch herzustellen, dass die inerte Gasphase mit Magnesium beladen wird, welches dann durch den höheren Partialdruck von der Schmelze aufgenommen wird.
Es wurde bereits bekannt, Magnesium in Autoklaven (Druckpfannen oder Druckkammern) in die Gusseisenschmelze einzubringen. Beim erfindungsgemässen Verfahren steht die Schmelze hingegen zweckmässig nur unter geringem Überdruck. Dieser hat den Zweck, die Schutzgasatmosphäre auch bei Leckverlusten aufrechtzuerhalten. Ausserdem wird dadurch erst die laufende Entnahme von Schmelze zum Unterschied vom Autoklaven-Verfahren ermöglicht. Durch eine laufende, gezielte Magnesiumzugabe zum inerten Gas wird der gewünschte Magnesium-Partial-druck über der Schmelze eingestellt.
Die laufende Beladung des Schutzgases mit Magnesium kann dadurch erreicht werden, dass zweckmässig in die Inertgasatmosphäre feinstückiges Magnesium oder magnesiumhaltiges Material in Form von Pulver, Griess, Granalien, Drahtstücken, insbesondere durch eine geeignete Dosiervorrichtung eingebracht wird.
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Gemäss einem weiteren Vorschlag kann auch in die heis-se Inertgas-Atmosphäre von oben oder von der Seite ein Draht aus Magnesium oder magnesiumhaltigem Material eingeführt werden, welches durch die Erhitzung zum Schmelzen und Verdampfen gebracht wird.
Ferner kann die erforderliche Menge von Magnesiumdampf in der Inertgas-Atmosphäre aus einem mit dieser in Verbindung stehenden Schmelzenbehälter mit Magnesium oder magnesiumhaltigem Material entnommen werden, wobei insbes. die verdampfende Magnesiummenge durch die Heizleistung gesteuert wird.
Für den Fall des Einbringens von feinstückigem Magnesium oder magnesiumhaltigem Material kann beispielsweise folgende Vorrichtung dienen:
In einem flachzylindrischen Gehäuse ist eine Scheibe mit geringem Spiel drehbar gelagert. Diese wird mit einem Schwenkzylinder oszillierend bewegt. Die Scheibe besitzt zwei einander diametral gegenüberliegende zylindrische Bohrungen zur Aufnahme der Magnesiumdosis. Eine der beiden Bohrungen steht bei der Umdrehung auf Füllstellung, während die andere Öffnung gleichzeitig auf Entleerungsstellung steht. Dort wird das Magnesiummaterial dem durchströmenden Inertgasstrom zugemischt. Das Magnesium schmilzt und verdampft beim Eintritt in den Ofenraum. Die einzubringende Magnesiummenge lässt sich je nach Bedarf oder Grösse der zu behandelnden oder zu konservierenden Schmelze dadurch regulieren, dass die Grösse der Bohrungen durch einsetzbare Ringe verändert wird und/oder dass die Taktzahl des Schwenkzylinders variiert wird.
Für den Fall der Einbringung von Magnesiumdampf in die Inertgasatmosphäre kann z. B. vorteilhaft eine kleine Menge Magnesium oder magnesiumhaltiges Material in einem beheizbaren Behälter bei einer Temperatur nahe dem Siedepunkt des Magnesiums gehalten werden. Die Magnesiummenge, die verdampfen soll, um den gewünschten Ma-gnesiumpartialdruck in der Inertgas-Atmosphäre zu erhalten, wird zweckmässig durch Energiezufuhr zu dem Schmel-zegefass reguliert.
Die Erfindung sei im nachstehenden an Hand von Beispielen erläutert:
Beispiel 1
Eine Schmelze nachstehender Zusammensetzung
% C % Si % Mn % P % S % Mg 3,40 2,30 0,02 0,015 0,003 0,092
wird in einem induktiv beheizten Warmhalteofen mit einer Kapazität von 440 kg und einer Magnesiumoxid-Ofenaus-kleidung längere Zeit warmgehalten. Der Ofen ist durch einen Deckel verschlossen und mit Einrichtungen zur Einleitung von Argon und Zugabe von Magnesium versehen.
Beim Einleiten von Argon entsprechend der Leckrate des Ofens von 81/min zeigt sich, wie aus nachstehender Tabelle 1
zu ersehen ist, dass der Magnesiumgehalt innerhalb von 2 Std. von 0,092 auf 0,004% Mg absinkt.
Tabelle 1
Warmhaltedauer Std. 0 0,5 1 1,5 2
% Mg 0,092 0,042 0,028 0,012 0,004
Wird dagegen durch geeignete Zugabe von Magnesium in den Ofenraum ein ausreichender Magnesiumpartialdruck erzeugt und aufrechterhalten, so steigt der Magnesiumgehalt der Schmelze innerhalb von 4 Std. von 0,004% auf 0,043% Mg, entsprechend Tabelle 2, wieder an.
Tabelle 2
Warmhaltedauer Std. 0 12 3 4
% Mg 0,004 0,017 0,027 0,039 0,043
Beispiel 2
Bei einer weiteren Schmelze, deren Magnesiumgehalt unter Argon von 0,145 auf 0,020% Mg in 1,5 Std. gesunken ist, kann durch Zugabe von Magnesium zum Schutzgas der Ma-gnesium-Abfall durch Aufbau eines ausreichenden Magne-siumpartialdruckes über der Schmelze abgefangen und auf eine Höhe von etwa 0,03% Mg eingestellt werden (siehe Tabelle 3).
Tabelle 3
ohne Mg-Zusatz mit Mg-Zusatz
Warmhaltedauer Std. 0 0,5 1,0 1,5 2,0 5,0
% Mg 0,145 0,058 0,034 0,020 0,026 0,030
Unter den vorliegenden Verhältnissen wird bei 0,019% Mg bereits einwandfreie Kugelgraphitausbildung in Gusseisen erreicht. In der Praxis sind üblicherweise höhere analysierte Magnesiumgehalte für einwandfreies Gusseisen mit Kugelgraphit erforderlich. Bei längerem Abstehen der Schmelze scheiden sich unwirksame Magnesiumverbindungen, die aber mitanalysiert werden würden, aus. Aus diesem Grunde genügen bei dem erfmdungsgemässen Verfahren niedrigere, analysierte Magnesiumgehalte.
Die beiden Beispiele zeigen, dass es möglich ist, über die Einstellung des Partialdruckes den Mg-Gehalt der Schmelze anzuheben, woraus hervorgeht, dass die Konservierung auch über längere Zeiträume möglich ist. Beispielsweise war es bei einem 20-t-Warmhalteofen während 24 Stunden möglich, den Mg-Gehalt auf 0,05% + 0,005% zu halten.
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Claims (6)
1. Verfahren zum Konservieren von magnesiumhaltigen Gusseisenschmelzen in giessfertigem Zustand über längere Zeiträume, beispielsweise mehrere Stunden oder Tage unter Verwendung einer Schutzgasatmosphäre, dadurch gekennzeichnet, dass die über mindestens einen Teil der Schmelzeoberfläche befindliche Schutzgasatmosphäre, aus einem inerten Gas, einschliesslich aller Begrenzungsteile auf einer Temperatur über dem Siedepunkt von Magnesium, d.i.
1102 °C, gehalten wird und stets einen Partialdruck von dampfförmigem Magnesium aufweist, der gleich oder höher ist als der Dampfdruck des Magnesiums innerhalb der Schmelze.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gesamte Schmelzeoberfläche unter magnesiumhalti-ger Inertgas-Atmosphäre in einem geschlossenen Ofen gehalten wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nur ein Teil der Schmelzeoberfläche durch Aufbringen einer tauchglockenähnlichen Vorrichtung unter magnesium-haltiger Inertgasatmosphäre gehalten wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in die Inertgas-Atmosphäre feinstückiges Magnesium oder feinstückiges magnesiumhaltiges Material in Form von Pulver, Gries, Granalien oder Drahtstük-ken, insbesondere durch eine Dosiervorrichtung eingebracht wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in die heisse Inertgas-Atmosphäre von oben oder von der Seite ein Draht aus Magnesium oder ma-gnesiumhaltigem Material eingeführt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erforderliche Menge von Magnesiumdampf in der Inertgasatmosphäre aus einem mit dieser in Verbindung stehenden Schmelzenbehälter mit Magnesium oder magne-siumhaltigem Material entnommen wird, wobei insbesondere die verdampfende Magnesiummenge durch die Heizleistung gesteuert wird.
Um Gusseisen mit Kugelgraphit herzustellen, muss in die Gusseisenschmelze vor dem Giessen Magnesium eingebracht werden. Das Magnesium reagiert zunächst mit vorhandenem Sauerstoff, Schwefel und unter Umständen anderen Begleitelementen. Wichtig ist ein gewisser Überschuss an freiem, aktivem Restmagnesium, so dass in Gussstücken aus Gusseisen mit Kugelgraphit etwa 0,03 bis 0,07 (Masse) % Magnesium analytisch nachgewiesen werden können.
In der Praxis ist es erforderlich, grössere Schmelzeeinheiten durch Einbringen von Magnesium zu behandeln. Sehr häufig benötigt die Gusseisenschmelze längere Zeit, bis der eigentliche Giessvorgang vollzogen wird. Die Wege vom Ort der Magnesiumeinbringung bis zur Form können sehr weit sein oder der Giessvorgang ist automatisiert, so dass über längere Zeiträume laufend magnesiumbehandelte Gusseisenschmelze zur Verfügung stehen muss. Betriebsunterbrechungen, die sich beispielsweise durch das Wochenende oder durch etwaige Störungen ergeben, spielen bei dieser Überlegung ebenfalls eine Rolle.
Nun behalten magnesiumbehandelte Gusseisenschmelzen unter Luft nur verhältnismässig kurze Zeit, in der Regel bis zu einer halben Stunde, den notwendigen Magnesiumgehalt. Das hat seine Ursache darin, dass Magnesium sehr leicht oxidierbar ist und mit dem Sauerstoff der Luft reagiert. Andererseits hat Magnesium aufgrund seines niedrigen Siedepunktes von etwa 1102 °C (Temperatur der Gusseisenschmelze meistens um 1450 CC) einen hohen Dampfdruck.
Dem Problem der Oxidierbarkeit des Magnesiums ist man durch Verkleinerung der Schmelzeoberfläche im Vor-ratsgefäss und/oder durch Verwendung von Schutzgas beigekommen. Ausserdem hat man mit Erfolg Versuche unternommen, die Reaktion des Magnesiums mit der Ofen- oder Pfannenauskleidung durch geeignete stabile Zustellmaterialien, wie MgO oder A1203, zu vermindern. Dagegen ist es bisher nicht gelungen, die Verminderung des eingebrachten Magnesiums aufgrund seines hohen Dampfdruckes zu verhindern.
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