DE10025940A1 - Process for the production of spheroidal graphite cast iron - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Kugelgraphit- Gusseisen umfassend zumindest die Verfahrensschritte Vorbehandlung mit reinem Magnesium in einem Konverter und Impfmittelzugabe beim Abgiessen in die Form.The invention relates to a method for producing spheroidal graphite Cast iron comprising at least the process steps pretreatment pure magnesium in a converter and vaccine added when pouring in form.
Aus der US 5098651 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Kugelgraphit-Gusseisen bekannt. In einem Konverter, ein Behandlungsgefäss für die Gusseisenschmelze, wird in einem Gefässabteil, das von aussen zugänglich ist und das über Öffnungen in der Trennwand zwischen dem Gefässabteil und dem restlichen Behandlungsgefäss in Kontakt steht, reines Magnesium eingebracht. Wenn der Konverter von einer horizontalen Lage, die eingenommen wurde um das Magnesium einzubringen, in einer vertikalen Lage gebracht wird, wird das Magnesium von der Schmelze benetzt und unter Erzeugung von Reaktionswärme aufgelöst. Die Reaktion mit dem reinen Magnesium bewirkt folgendes: Aus den nicht-metallischen Bestandteilen der Schmelze entstehen mineralische Verbindungen, bestehend aus Oxiden, Sulfaten, Silikaten und anderen Verbindungen mit Magnesium. Durch den Dampfdruck des Magnesiums wird die Schmelze in eine intensive Bewegung versetzt. Die mineralischen Verbindungen koagulieren, agglomerieren und schwimmen, aufgrund des niedrigeren spezifischen Gewichtes, an der Badoberfläche auf. Von der Badoberfläche können die so gebildeten Schlacken durch Abschöpfen entfernt werden. Dieses Verfahren zeichnet sich unter anderem aus durch eine Badzusammensetzung mit einer hohen Reinheit von beispielsweise weniger als 10 ppm gelöstem Sauerstoff und einer niedrigen Keimbildnerkonzentration von beispielsweise weniger als 100 ppm nicht-metallischen Partikeln.From US 5098651 a method and an apparatus for the production of Spheroidal graphite cast iron is known. In a converter, a treatment vessel for the cast iron melt, is in a vessel compartment that is accessible from the outside is and that through openings in the partition between the vessel compartment and pure magnesium is in contact with the rest of the treatment vessel brought in. If the converter occupies a horizontal position was put in a vertical position to bring in the magnesium the magnesium is wetted by the melt and produces Heat of reaction dissolved. The reaction with the pure magnesium causes the following: arise from the non-metallic components of the melt mineral compounds consisting of oxides, sulfates, silicates and other compounds with magnesium. By the vapor pressure of the magnesium the melt is set into an intensive movement. The mineral Connections coagulate, agglomerate and swim due to the lower specific weight, on the bath surface. Of the The slag thus formed can be removed by skimming off the bath surface become. This process is characterized, among other things, by a Bath composition with a high purity, for example less than 10 ppm dissolved oxygen and a low nucleating agent concentration of for example less than 100 ppm non-metallic particles.
In der WO 99/45156 A1 wird ein Verfahren angegeben, in dem vor der eigentlichen Behandlung mit Magnesium die Gusseisenschmelze in auf einander folgenden Schritten mit Calciumcarbid zum Entfernen von Sauerstoff und Schwefel, mit Walzzunder zum Zuführen von Sauerstoff und mit Aluminiumoxid oder mit Calciumoxid zum Bilden von Calciumaluminaten oder Calciumaluminium silikaten behandelt wird. Hierdurch wird erreicht, dass nach der nachfolgenden Behandlung mit Magnesium das Gusseisen nicht-metallische Einschlüsse aufweist, die bei der spanabhebenden Bearbeitung plastisch sind und somit als Schmiermittel dienen. In den nachfolgenden Verfahrensschritten werden oft zu grosse Mengen an Impfmittel zugegeben. Beim Abgiessen in die Form besteht dann die Gefahr, dass die Qualität nachteilig beeinträchtigt wird, weil die Reaktionsprodukte zu unkontrollierbare Fehler, wie Schlacken, Oxide und nicht aufgelöste Impfmittelpartikel führen. Es entstehen unkontrollierbare Verhältnisse in bezug auf den Keimbildungszustand. Weil der Keimbildungszustand nicht genau bekannt ist, kann die Dosierung der Impfmittel nicht genau bestimmt werden. Im Unwissen des Keimbildungszustandes wird häufig überdosiert. Dies ist teuer und für die Qualität des Gusseisens nicht vorteilhaft.WO 99/45156 A1 specifies a method in which before the Actual treatment with magnesium smelted the cast iron on each other following steps with calcium carbide to remove oxygen and Sulfur, with mill scale to supply oxygen and with aluminum oxide or with calcium oxide to form calcium aluminates or calcium aluminum silicates is treated. This ensures that after the following Treatment with magnesium the cast iron non-metallic inclusions has that are plastic during machining and thus as Serve lubricants. In the subsequent process steps, large amounts of vaccine added. When pouring into the mold then there is a risk that the quality will be adversely affected because the Reaction products to uncontrollable errors, such as slags, oxides and not lead dissolved vaccine particles. Uncontrollable conditions arise in with respect to the nucleation state. Because the nucleation state is not accurate is known, the dosage of the vaccine can not be determined exactly. in the Ignorance of the state of nucleation is often overdosed. This is expensive and not advantageous for the quality of the cast iron.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von Kugelgraphit-Gusseisen anzugeben, das zumindest die Verfahrensschritte Vorbehandlung mit reinem Magnesium in einem Konverter und Impfmittelzugabe beim Abgiessen in die Form umfasst, wobei möglichst wenig unnötige Oxide, Schlacken oder Impfmittelreste in die Schmelze und in das Gussstück eingebracht werden.Based on this prior art, it is an object of the invention to Process for the production of spheroidal graphite cast iron specify that at least the process steps pretreatment with pure magnesium in a converter and vaccine addition when pouring into the mold, with as little as possible unnecessary oxides, slags or vaccine residues in the melt and in the Casting are introduced.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung von Kugelgraphit- Gusseisen umfassend zumindest die Verfahrensschritte Vorbehandlung mit reinem Magnesium in einem Konverter und Impfmittelzugabe beim Abgiessen in die Form, wobei die Löslichkeit der in der Vorbehandlung und in der Impfung gebildeten Substanzen einstellbar ist.This object is achieved by a process for producing spheroidal graphite Cast iron comprising at least the process steps pretreatment pure magnesium in a converter and vaccine added when pouring in the form, the solubility of which in pretreatment and in vaccination formed substances is adjustable.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen. Preferred developments of the invention result from the dependent ones Claims.
Es ist von Vorteil, dass zur Herstellung von Kugelgraphit-Gusseisen möglichst keine Verunreinigungen im Gusseisen eingebracht werden. Dies wird dadurch erreicht, dass die Vorbehandlung mit einer Mischung oder einer Verbindung von reinem metallischen Magnesium mit einem oder mehreren Metallen aus den Gruppen IIa und IIIa des Periodensystems und mit Schwefel durchgeführt wird. Dies wird auch dadurch erreicht, dass die Vorbehandlung mit einer Mischung oder einer Verbindung von reinem metallischen Magnesium mit Schwefel und mit Ba, Ca, La oder seltenen Erden, wobei die Mischung oder Verbindung in der Metallschmelze Oxysulfiden bildet, durchgeführt wird.It is advantageous that for the production of spheroidal graphite cast iron if possible no contamination can be introduced into the cast iron. This will do so achieved that the pretreatment with a mixture or a compound of pure metallic magnesium with one or more metals from the Groups IIa and IIIa of the periodic table and with sulfur is carried out. This is also achieved by pretreating with a mixture or a combination of pure metallic magnesium with sulfur and with Ba, Ca, La or rare earths, the mixture or compound in the Metal melt forms oxysulfides, is carried out.
Es ist auch von Vorteil, dass zur Herstellung von Kugelgraphit-Gusseisen die Gesamtmenge der zugegebenen Substanzen möglichst gering gehalten wird. Dies wird dadurch erreicht, dass die Menge eines auf FeSi oder CaSi basierenden Impfmittels, das beim Abgiessen in die Form zugegeben wird, wesentlich kleiner, vorzugsweise viermal kleiner ist, als die in der Vorbehandlung mit Magnesium eingesetzten Menge der Oxysulfiden bildenden Verbindung oder Mischung.It is also advantageous that for the production of spheroidal graphite cast iron Total amount of substances added is kept as low as possible. This is achieved in that the amount of one based on FeSi or CaSi Inoculant, which is added to the mold when poured, much smaller, is preferably four times smaller than that in the pretreatment with magnesium amount of compound or mixture forming oxysulfides.
Das hier vorgeschlagene Verfahren geht aus von der bekannten Vorbehandlung mit reinem metallischen Magnesium im geschlossenen Konverter. Das Verfahren führt zu einer Verbesserung der Qualität des Kugelgraphit-Gusseisens, das im Magnesiumkonverter hergestellt wird, weil Gussfehler durch Oxide und Schlacken und weitere durch Impfmittel bedingten Fehler vermieden werden. In bestehenden Giessereien mit dem Magnesiumkonverter kann das Verfahren einfach und ohne Einschaltung zusätzlicher Verfahrensschritten angewendet werden. Durch die Zugabe der Oxysulfiden bildenden Verbindung oder Mischung mit dem reinen metallischen Magnesium wird in der Vorbehandlung sowohl eine Reinigung der Schmelze als auch eine Vorkonditionierung des Keimbildungszustandes in einem einzelnen Verfahrensschritt erreicht. Die chemische Sauerstoff- und Schwefelaktivität in der Schmelze wird möglichst genau einstellbar, während möglichst wenig Fremdkörper pro Gewichtseinheit Gusseisen zugegeben werden muss. Weil die gebildeten Oxysulfide eine relativ schlechte Löslichkeit in der Gusseisenschmelze aufweisen, haben die Keime, die nach der Zugabe der Oxysulfiden bildenden Verbindung oder Mischung durch die Reaktion mit der Schmelze gebildet werden, in der Schmelze eine ausreichend lange Lebensdauer. Es kann von einer hohen Keimbildungskapazität der Oxysulfiden gesprochen werden. Die Bildung eines Oxysulfides in der Vorbehandlung hat gezeigt, dass hierdurch die endgültige Reinheit der Gusseisenlegierung am wenigsten nachteilig beeinträchtigt wird und gleichzeitig die Löslichkeit der keimbildenden Substanzen positiv beeinflusst wird.The method proposed here is based on the known pretreatment with pure metallic magnesium in a closed converter. The procedure leads to an improvement in the quality of the spheroidal graphite cast iron which Magnesium converter is manufactured because of casting defects due to oxides and slags and other errors caused by vaccines can be avoided. In existing Foundries with the magnesium converter can do the process easily and without Activation of additional process steps can be applied. Through the Add the oxysulfide-forming compound or mixture with the pure Metallic magnesium is used both in the pretreatment to clean the Melt as well as preconditioning of the nucleation state in one reached individual process step. The chemical oxygen and Sulfur activity in the melt is adjustable as precisely as possible during as few foreign bodies as possible are added per unit weight of cast iron got to. Because the oxysulfides formed have a relatively poor solubility in the Cast iron melt have the germs after the addition of the Oxysulfide-forming compound or mixture by reaction with the Melt are formed in the melt a sufficiently long life. One can speak of a high nucleation capacity of the oxysulfides become. The formation of an oxysulfide in the pretreatment has shown that this makes the final purity of the cast iron alloy the least disadvantageous is impaired and at the same time the solubility of the nucleating substances is positively influenced.
Durch die Zugabe der Oxysulfiden bildenden Verbindung oder Mischung in der Vorbehandlung wird die Schmelze vorkonditioniert, d. h. optimal vorbereitet auf die Erstarrung in der Form. Durch diese optimale Vorbereitung wird der Bedarf an Impfmittel beim Abgiessen weitgehend reduziert. Die Menge und die Art der bei der Vorbehandlung im Magnesiumkonverter eingebrachte Verbindung oder Mischung kann derart gewählt werden, dass sogar auf den Verfahrensschritt der Zugabe von Impfmitteln beim Abgiessen in der Form verzichtet werden kann. Durch die geringe Zugabe von Fremdsubstanzen wird die Reinheit der Gusseisenschmelze möglichst wenig negativ beeinflusst. Die Verwendung von Oxysulfiden hat weiterhin folgende Vorteile: Das spezifische Gewicht weicht nur wenig ab vom spezifischen Gewicht der Schmelze, so dass eine homogene Durchmischung einfach erreicht werden kann. Die Korngrösse und die Kornform sind derart wählbar, dass die Keime über eine längere Zeit erhalten bleiben. Als Zugabe zum Magnesium in der Vorbehandlung werden vorteilhaft Elemente aus den Gruppen IIa und IIIa des Periodensystems, beispielsweise Mg, Ca, Ba, La oder seltene Erden gewählt.By adding the oxysulfide-forming compound or mixture in the Pretreatment, the melt is preconditioned, i. H. optimally prepared for the Solidification in form. Through this optimal preparation, the need for Vaccine largely reduced when pouring. The amount and type of pre-treatment in the magnesium converter or Mixture can be chosen such that even the process step of The addition of inoculants in the mold can be dispensed with. Due to the small addition of foreign substances, the purity of the Cast iron smelt as little as possible negatively affected. The use of Oxysulfides also have the following advantages: The specific weight only gives way little depending on the specific weight of the melt, so that a homogeneous Mixing can be easily achieved. The grain size and the grain shape can be selected in such a way that the germs are preserved over a longer period of time. As Addition to magnesium in the pretreatment are beneficial elements groups IIa and IIIa of the periodic table, for example Mg, Ca, Ba, La or rare earths selected.
Beim nachfolgenden Abgiessen aus dem Giessofen in die Form ist lediglich eine geringe Zugabe von Impfmittel zur endgültigen Einstellung des Keimbildungszustandes erforderlich. Weil die Oxysulfide, die in der Vorbehandlung gebildet wurden, eine höhere Keimbildungskapazität als die bisher bekannten Impfmittel haben, reicht eine kleine Menge, d. h. höchstens ein Viertel der Menge, die in der Vorbehandlung zugegeben wurde, aus um die Keimbildung in der Form zu steuern. Mit dem Impfmittel, das beim Abgiessen in die Form zugegeben wird, kann die Geschwindigkeit, die Kristallform und die Kristallverteilung bei der Erstarrung gesteuert und endgültig eingestellt werden. Als Impfmittel beim Abgiessen wird beispielsweise eine auf FeSi oder CaSi basierende Legierung oder Verbindung mit Ca, Ba, Mg, Au, Ge, La oder seltenen Erden eingesetzt.Subsequent pouring from the casting furnace into the mold is only one slight addition of vaccine for the final cessation of the Nucleation state required. Because the oxysulfides found in the Pretreatment was formed, a higher nucleation capacity than that previously known vaccine, a small amount is sufficient, i.e. H. at most a quarter the amount added in the pretreatment to prevent nucleation to control in the form. With the vaccine that is poured into the mold is added, the speed, the crystal shape and the Crystal distribution during solidification can be controlled and finally adjusted. As an inoculum when pouring, for example, one on FeSi or CaSi based alloy or compound with Ca, Ba, Mg, Au, Ge, La or rare Earth.
Die Vorbehandlung mit Oxysulfiden bildenden Verbindungen oder Mischungen kombiniert mit der Magnesiumbehandlung im Konverter einerseits und die reduzierte Impfmittelzugabe beim Abgiessen andererseits hat folgende weiteren Vorteile: Weil wenige Fremdkörper eingebracht werden, werden erheblich weniger Schlacken gebildet als beim herkömmlichen Verfahren, dadurch geht mit der Schlacke weniger Eisen verloren. Weil an die Gusseisenschmelze insgesamt weniger Impfmittel zugeführt wird, werden bei der Erstarrung weniger Fremdkörper zwischen den Kristallen eingeschlossen. Hierdurch wird die Neigung zu Gussfehler reduziert. Weniger Einschlüsse von Magnesium-, Silicium- oder Sauerstoffverbindungen haben einen günstigen Einfluss auf die Mikroporosität des Gusseisens und fördern eine gleichmässige Erstarrung in der Form. Eine niedrigere Mikroporosität ist auch vorteilhaft für die Wechselwirkung der Schmelze mit der Formstoffmischung oder mit dem Sand, aus dem die Form ausgebildet ist. Hierdurch wird die Oberfläche des Gusseisenproduktes sauberer und gleichmässiger, d. h. es treten weniger Oberflächenfehler auf. Dadurch wird die Bearbeitbarkeit der Oberfläche des Gusseisenproduktes leichter.Pretreatment with oxysulfide-forming compounds or mixtures combined with the magnesium treatment in the converter on the one hand and the Reduced vaccine addition when pouring on the other hand has the following others Advantages: Because fewer foreign bodies are introduced, significantly fewer are Slag is formed than in the conventional process, so that goes with Slag less iron lost. Because of the cast iron melt as a whole If less vaccine is added, less solid matter will solidify trapped between the crystals. This will increase the tendency Casting errors reduced. Less inclusions of magnesium, or silicon Oxygen compounds have a favorable influence on the microporosity of the Cast iron and promote a uniform solidification in the form. A lower microporosity is also beneficial for the interaction of the melt with the molding material mixture or with the sand from which the mold is formed. This makes the surface of the cast iron product cleaner and more evenly, d. H. there are fewer surface defects. This will make the Machinability of the surface of the cast iron product easier.
Die Fig. 1 und 2 zeigen eine Mikroskopaufnahme eines Kugelgraphitpartikels mit darin einem ungelösten Kern eines Impfmittels. Fig. 2 zeigt eine Vergrösserung aus dem zentralen Bereich des Partikels von Fig. 1. Der Kugelgraphitpartikel wurde aus einer Schmelze erhalten, die geimpft wurde mit einer Verbindung von Eisen, Silicium und Lanthan. Die Analyse des Kerns des Kugelgraphitpartikels ergab folgende Zusammensetzung: 41,7% La, 47,2% S, 9,1% Mg und 1,7% Si. Hiermit wird gezeigt, dass die schlechte Löslichkeit der in geringen Mengen zugeführten Verbindungen oder Mischungen, die Oxysulfiden bilden, einen günstigen Einfluss auf die Bildung von Kugelgraphitpartikeln und auf die Gusseigenschaften hat. Figs. 1 and 2 show a photomicrograph of a nodular graphite particle having therein an undissolved core of an inoculant. Fig. 2 shows an enlargement from the central area of the particle of Fig. 1. The spheroidal graphite particle was obtained from a melt which was inoculated with a compound of iron, silicon and lanthanum. The analysis of the core of the spheroidal graphite particle showed the following composition: 41.7% La, 47.2% S, 9.1% Mg and 1.7% Si. This shows that the poor solubility of the compounds or mixtures which form small amounts and which form oxysulfides has a favorable influence on the formation of spheroidal graphite particles and on the casting properties.
Die Kugelgraphit-Gusseisenprodukte, die nach diesem Verfahren hergestellt werden, zeichnen sich aus durch eine hohe Reinheit bei relativ günstigen Herstellungskosten. Es müssen weniger Schlacken entsorgt oder rezykliert werden und die Dosierung der Impfmittel kann erheblich kleiner ausgelegt werden. Der Aufwand für Messung und Regelung des Giessprozesses, insbesondere der apparative Aufwand für die Analyse der Schmelze kann, weil der Prozess stabiler und besser reproduzierbar ist, erheblich reduziert werden. Das Mengenverhältnis der zugegebenen Fremdkörper kann zwischen Vorbehandlung und Impfmittel angepasst werden. Durch die gegenseitige Anpassung zwischen Vorbehandlung und Impfmittelzugabe kann sowohl die Keimbildung in der Schmelze als auch die Erstarrung in der Form aufeinander abgestimmt werden. Durch die richtige Wahl der Art und der Mengen der Fremdkörper kann unter Umständen auf eine Zugabe beim Abgiessen in die Form verzichtet werden. Gusseisen mit Kugelgraphit (GJS) zeichnet sich aus durch mechanische Eigenschaften, die den mechanischen Eigenschaften von Stahlguss sehr nahe kommen.The nodular cast iron products made by this process are characterized by high purity with relatively cheap Manufacturing costs. Less slag has to be disposed of or recycled and the dosage of the vaccine can be made significantly smaller. The effort for measuring and controlling the casting process, especially the Equipment costs for the analysis of the melt can be because the process is more stable and more reproducible, can be significantly reduced. The quantitative ratio The added foreign body can be between pretreatment and vaccine be adjusted. By mutual adjustment between pre-treatment and inoculant addition can both nucleation in the melt and Solidification in the form can be coordinated. With the right choice The type and amount of foreign matter may be due to an addition be dispensed into the mold when pouring. Spheroidal graphite cast iron (GJS) is characterized by mechanical properties that the mechanical Properties of cast steel come very close.
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