DD233381A5 - Verfahren zur herstellung eines gusseisens mit vermiculargraphit - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines Gusseisens mit Vermiculargraphit vorgeschlagen, bei dem als Ausgangsschmelze eine GGG-Schmelze verwendet wird, die auf treffsichere Art reproduzierbar in einem Konverter hergestellt werden kann, wobei konstante Schwefel- und Sauerstoffgehalte vorliegen. Ausgehend von diesen Kennwerten der GGG-Schmelze wird zusaetzlich Schwefel der Schmelze beigemischt, wobei die Zugabemenge entsprechend der Formel SAMgBbestimmt wird. Dabei bedeuten:S Zugabemenge des schwefelhaltigen Stoffes bezogen auf Reinschwefel in Gew.-%,Mg Magnesiumgehalt der Ausgangsschmelze in Gew.-%,A Magnesiumfaktor: 0,9A1,2,B Schwefelkonstante: 0,02B0,05.Die Treffsicherheit und Reproduzierbarkeit des vorgeschlagenen Verfahrens beruht hauptsaechlich darauf, dass bereits in der ersten Verfahrensstufe Unsicherheitsfaktoren ausgeschaltet werden koennen, weil die Herstellung einer GGG-Schmelze insbesondere von der Anmelderin sicher beherrscht wird. Zudem ist es das einzige bisher bekannte Verfahren, das fuer automatische Anlagen zum wahlweise Vergiessen von GGG oder GGV geeignet ist.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Gußeisens mit Vermiculargraphit.
Gußeisen mit Vermiculargraphit (GGV) ist als Werkstoff zwischen Gußeisen mit Lamellengraphit (GGL) und Gußeisen mit Kugelgraphit (GGG) anzusiedeln. Wegen seiner besonderen mechanischen Eigenschaften, wie Zugfestigkeit, Zähigkeit und Elastizitätsmodul ist dieser Werkstoff dem Werkstoff GGL überlegen. Gegenüber dem Werkstoff GGG weist Gußeisen mit Vermiculargraphit eine höhere Wärmeleitfähigkeit und günstigeres Verzugsverhalten bei Temperaturbeanspruchung auf und zeichnet sich besonders durch bessere gießtechnische Eigenschaften aus.
Die Nachfrage nach dem Werkstoff GGV ist in den letzten Jahren stark angestiegen. Mit diesem Anstieg konnte jedoch die Beherrschung eines treffsicheren, reproduzierbaren Herstellungsverfahren nicht schritthalten, so daß in vielen Betrieben auf die Herstellung von GGV verzichtet wird. Man ist nicht gewillt, eine große Streuung in der Herstellung in Kauf zu nehmen.
Aus der DE-OS 2458033 ist ein Verfahren bekannt, bei dem eine Ausgangsschmelze mit Magnesium vorbehandelt wird, bis der Schwefelgehalt auf 0,01 % S sinkt und bei dem die Zeit zwischen der Mg-Behandlung und dem Zusatz von Seltenerdmetallen so bemessen ist, daß keine Kugelgraphitbildung stattfindet.
Weiter ist aus der DE-OS 2458033 ein Verfahren bekannt, bei dem das Ausgangseisen vor der Behandlung mit Seltenerdmetallen Iz. B. Ce-Mischmetall) einer Magnesium-Behandlung zu unterziehen ist, wobei die Mg-Zugabemenge so bemessen ist, daß der Schwefel bis aufwerte von höchstens 0,01 % entfernt wird, aber nur eine so geringe Mg-Menge im Eisen gelöst bleibt, die nicht ausreicht, um zur Ausscheidung von kugelförmigen Graphit zu führen.
Ziel der Erfindung ist es, Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die bekannten Verfahren dahingehend zu verbessern, daß auf schnelle, treffsichere und reproduzierbare Art Gußeisen mit Vermiculargraphit herstellbar ist.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß als Ausgangsschmelze eine Schmelze von Gußeisen mit Kugelgraphit verwendet wird, deren Magnesium-Schwefel-Verhältnis durch Zugabe eines schwefelhaltigen Stoffes verändert wird. Des weiteren wird als Ausgangsschmelze eine Gußeisenschmelze verwendet, deren chemische Zusammensetzung so eingestellt wird, daß das so erstarrte Gußstück im wesentlichen kugelige Graphitformen aufweist, wobei mindestens 60% der Form V + Vl nach VDG-Merkblatt P 441 entsprechen.
Zur Ausgangsschmelze wird ein schwefelhaltiger Stoff zugegeben, wobei die auf Reinschwefel bezogene Zugabemenge der folgenden Formel entspricht: S = A-Mg-B, wobei
S = Zugabemenge des schwefelhaltigen Stoffes bezogen auf Reinschwefel in Gew.-%, Mg = Magnesiumgehalt der Ausgangsschmelze in Gew.-% A = Magnesiumfaktor: 0,9 s As 1,2, B = Schwefelkonstante: -0,02 < B < + 0,05.
-2- 750 99
Der schwefelhaltige Stoff ist ein Gemisch aus elementarem und/oder gebundenem Schwefel, wobei das Gemisch zusätzlich einen oder mehrere andere Stoffe enthält, z.B. Cer, Cer-MM, Titan, Ca, Al, Zr, Bi. Mit dem schwefelhaltigen Stoff werden der Schmelze gleichzeitig Impfmittel, z.B. FeSi, zugeführt. Der schwefelhaltige Stoff wird in den Gießstrahl und/oder in die Form eingebracht. Die durch die Zugabe des schwefelhaltigen Stoffes erzeugten Reaktionsprodukte werden durch Einsetzen von Filtern ins Gießsystem vom Eindringen ins Gußstück abgehalten.
Der schwefelhaltige Stoff ist einerseits reiner Schwefel, andererseits chemisch an andere Elemente gebunden oder liegt in Gemisch vor, z.B. Schwefelkies, sulfidisches Erz, Eisensuifid oder Magnetkies.
Als Ausgangsschmelze wird konverterbehandeltes Gußeisen mit Kugelgraphit verwendet.
Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Transportkessel, eine Gießpfanne oder ein Vergießofen unter Schutzgas ist.
Das Verfahren wird derart verwendet, daß wahlweise oder abwechselnd GGG bzw. GGV vergossen wird, derart, daß die Schwefelzugabe auf die jeweilige Menge des benötigten Eisens für die jeweilige Form abgestimmt ist.
Herstellung nicht auf dem direkten Weg erfolgt, sondern vielmehr indirekt sozusagen in zwei Stufen.
Zunächst wird eine Ausgangsschmelze hergestellt, nämlich eine GGG-Schmelze. Dieses Herstellungsverfahren wird von der Anmelderin mit einer perfekten Treffsicherheit beherrscht, nicht zuletzt, weil der Pioniervorschlag für die Herstellung einer GGG-Schmelze von der Anmelderin stammt Diese GGG-Schmelze wird durch Entschwefeln, Desoxidieren und Magnesiumlegieren der Schmelze hergestellt. Erfolgt die Hersteilung der GGG-Schmelze in einem von der Anmelderin entwickelten Konverter, so kann mit nahezu konstantem Schwefel- und Sauerstoffgehalt gerechnet werden. Darin ist ein besonderer Vorteil zu erblicken, weil bei der Herstellung eines erfindungsgemäßen Gußeisens mit Vermiculargraphit auf diese Weise in der ersten Stufe des Herstellungsverfahrens bereits ein Streuungsbereich erheblich reduziert bzw. ausgeschaltet wird, derauf die Reproduzierbarkeit der Endschmelze einen wesentlichen Einfluß hat. Selbstverständlich kann GGG auch über andere Verfahren hergestellt werden.
In der zweiten Verfahrensstufe wird dann zur GGG-Schmelze ein schwefelhaltiger Stoff entsprechend der Gleichung S = A-Mg-B
zugegeben. Dabei bedeuten:
S = Zugabemenge des schwefelhaltigen Stoffes, bezogen auf Reinschwefel in Gew.-%, Mg = Magnesiumgehalt der Ausgangsschmelze in Gew.-%
A = Magnesiumfaktor: 0,9<A< 1,2,
B = Schwefelkonstante:-0,02sBs + 0,05.
Die Zugabe des schwefelhaltigen Stoffes kann in elementarer Form oder in gebundener Form erfolgen, z. B. als sulfidisches Erz oder als Eisensulfid. Ebenso kann der Schwefel als Gemisch elementaren und/oder gebundenen Schwefels mit einem oder mehreren anderen Stoffen zugegeben werden. Durch die Zugabe von zusätzlichen Schwefelmengen wird die sphärolitische Form des Graphites verändert.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Beispielen näher erläutert.
Einer nach dem NiMg-Verfahren hergestellten GGG-Schmelze der Zusammensetzung 3,54 Gew.-% C
2,27 Gew.-% Si
0,12Gew.-%Mn
0,02 Gew.-% Cu
0,01 Gew.-% P
0,92 Gew.-% Ni
0,006 Gew.-% S
0,079 Gew.-% Mg
wurden entsprechend der Gleichung S = A · Mg - B 0,050 Gew.-% S in Form von Schwefelkies (40% S) zugegeben und mit 0,3 Gew.-% FeSi 75 geimpft. Die Gußstücke wiesen abhängig von der Wandstärke 50% (5mm) bis 80% (40 mm) Graphitform III, Rest jeweils V + Vl auf (nach VDG-Merkblatt P 441).
Einer ebenfalls nach dem NiMg-Verfahren hergestellten GGG-Schmelze der Zusammensetzung 3,52 Gew.-% C
2,32 Gew.-% Si
0,12 Gew.-% Mn
0,02 Gew.-% Cu
0,71 Gew.-% Ni
0,005 Gew.-% S
0,052 Gew.-% Mg
wurden entsprechend der Gleichung S = A- Mg — B 0,020 Gew.-% S in Form von Schwefeleisen (40% S) zugegeben und mit 0,3 Gew.-% FeSi 75 geimpft. Die gegossene Lunkerprobe mit Wandstärken von 15-18 mm wies 70% Graphitform III, Rest V + Vl auf (nach VDG-Merkblatt P 441) und war lunkerfrei, zeigte also ein dem Grauguß gleichwertiges Lunkerverhalten.
Einernach dem +GF+'Konverterverfahren hergestellten GGG-Schmelze der Zusammensetzung 3,50 Gew.-% C
2,03 Gew.-% Si
0,10 Gew.-% Mn
0,006 Gew.-% S
0,055 Gew.-% Mg
wurden entsprechend der Gleichung S = A Mg - B 0,041 Gew.-% S in Form eines 18 Gew.-% S enthaltenden Gemisches zusammen mit 0,3 Gew.-% FeSi 75 vermengt zugegeben. Die Gußstücke wiesen abhängig von der Wandstärke 80% (6mm) bis 95% (30mm) Graphitform III, Rest V +Vl auf (nach VDG-Merkblatt P 441).
-з- 750
Einernach dem +GF-i-Konverterverfahren hergestellten GGG-Schmelze der Zusammensetzung 3,57 Gew.-% C 2,06 Gew.-% Si 0,41 Gew.-% Mn 0,11 Gew.-%Cu 0,05 Gew.-% P 0,006Gew.-%S 0,045 Gew.-% Mg wurden entsprechend der Gleichung S = A- Mg — B 0,035 Gew.-% S in Form von Magnetkies (36% S) zugegeben. Im Gießsystem war ein schaumkeramischer Filter eingesetzt worden, vor den ein Brocken Formimpf mittel gelegt wurde. Die Gußstücke wiesen je nach Wandstärke 50% (5mm) bis 80% (40mm) Graphitform III, Rest V + Vl auf (nach VDG-Merkblatt
Als Ausgangsschmelze wurde eine GGG-Schmelze nach dem NiMg-Verfahren mit folgender Zusammensetzung hergestellt: 3,5 Gew.-% C 2,5 Gew.-% Si 0,15Gew.-%Mn 0,05 Gew.-% Cu 0,05 Gew.-% P 0,005 Gew,-% S 0,06 Gew.-% Mg Rest Eisen.
Durch Zugabe von 0,2 Gew.-% FeS und einem Impfmittel, vorzugsweise FeSi 75 wurde ein Mg-S-Verhältnis von 1,27 in der Endschmelze eingestellt. Eine Gefüge-Analyse ergab, daß 90% des Graphitanteiles eine Graphitausbildung III nach VDG-Merkblatt P 441 aufwies. Die restlichen 10% konnten den Gruppen V und Vl zugeordnet werden. Mit der Endschmelze wurden Gußstücke mit Modul 0,3-2,5cm abgegossen.
Der besondere Vorteil des vorgeschlagenen Verfahrens besteht darin, daß zunächst eine GGG-Schmelze hergestellt wi rd, deren Kenndaten genau vorliegen. Danach wird zusätzlich Schwefel beigemischt, wobei die zuzugebene Menge einfach aus den genau bekannten Kennwerten der GGG-Schmelze ermittelt werden kann. Daraus resultiert die treffsichere und reproduzierbare Herstellung des Gußeisens mit Vermiculargraphit. Außerdem kann mit dem gleichen Eisen auf automatischen Anlagen wahlweise GGG oder GGV hergestellt werden, da die jeweils pro Kasten benötigte Eisenmenge durch Zugabe von Schwefel in Gießpfännchen erzeugt wird.
Falls erforderlich, kann mit der Zugabe von schwefelhaltigen Stoffen gleichzeitig auch ein Impfmittel zugegeben werden. Das Impfmittel kann jedoch auch erst in den Gießstrahl oder sogar in die Form eingebracht werden.
Als Mittel für die Durchführung des Verfahrens eignet sich in besonderer Weise eine Gießpfanne oder auch ein Transportkessel, usw.
Claims (11)
- -1- 7BO 99Erfindungsanspruch:1. Verfahren zur Herstellung eines Gußeisens mit Vermiculargraphit, wobei ein Mg/S-Verhältnis im Bereich 2:1 bis 1:1 eingestellt wird, gekennzeichnet dadurch, daß als Ausgangsschmelze eine Schmelze von Gußeisen mit Kugelgraphit verwendet wird, deren Magnesium-Schwefel-Verhältnis durch Zugabe eines schwefelhaltigen Stoffes verändert wird.
- 2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß als Ausgangsschmelze eine Gußeisenschmelze verwendet wird, deren chemische Zusammensetzung so eingestellt wird, daß das so erstarrte Gußstück im wesentlichen kugelige Graphitformen aufweist, wobei mindestens 60% der Form V + Vl nach VDG-Merkblatt P441 entsprechen.
- 3. Verfahren nach Punkt 1 gekennzeichnet dadurch, daß zur Ausgangsschmefze ein schwefelhaltiger Stoff zugegeben wird, wobei die auf Reinschwefel bezogene Zugabemenge der folgenden Formel entspricht:S = AMG-B, wobeiS = Zugabemenge des schwefelhaltigen Stoffes, bezogen auf Reinschwefel in Gew.-%, Mg = Magnesiumgehalt der Ausgangsschmelze in Gew.-,%A = Magnesiumfaktor: 0,9 < A < 1,2,B = Schwefelkonstante:-0,02 < B < +0,05.
- 4. Verfahren nach Punkt 3, gekennzeichnet dadurch, daß der schwefelhaltige Stoff ein Gemisch aus elementarem und/oder gebundenem Schwefel ist, wobei das Gemisch zusätzlich einen oder mehrere andere Stoffe enthält, z. B. Cer, Cer-MM, Titan, Ca, Al, Zr, Bi.
- 5. Verfahren nach Punkt 4, gekennzeichnet dadurch, daß gleichzeitig mit dem schwefelhaltigen Stoff Impfmittel, z. B. FeSi, der Schmelze zugeführt werden.
- 6. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der schwefelhaltige Stoff in den Gießstrahl und/oder in die Form eingebracht wird.
- 7. Verfahren nach den Punkten 1 bis 6, gekennzeichnet dadurch, daß die durch die Zugabe des schwefelhaltigen Stoffes erzeugten Reaktionsprodukte durch Einsetzen von Filtern ins Gießsystem vom Eindringen ins Gußstück abgehalten werden.
- 8. Verfahren nach Punkt 3, gekennzeichnet dadurch, daß der schwefelhaltige Stoff einerseits reiner Schwefel ist, andererseits chemisch an andere Elemente gebunden oder in Gemisch vorliegt, z.B. Schwefelkies, sulfidisches Erz, Eisensulfid oder Magnetkies.
- 9. Verfahren nach einem der Punkte 1 bis 8, gekennzeichnet dadurch, daß als Ausgangsschmelze konverterbehandeltes Gußeisen mit Kugelgraphit verwendet wird.
- 10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Punkte 1 bis 9, gekennzeichnet dadurch, daß sie ein Transportkessel, eine Gießpfanne oder ein Vergießofen unter Schutzgas ist.
- 11. Verwendung des Verfahrens nach den Punkten 1 bis 9 in einer Formgießanlage, gekennzeichnet dadurch, daß wahlweise oder abwechselnd GGG bzw. GGV vergossen wird, derart, daß die Schwefelzugabe auf die jeweilige Menge des benötigten Eisens für die jeweilige Form abgestimmt ist.
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