DE10118261A1 - Zusatz zu Impfmitteln zum Animpfen von in einem Konverter mit Magnesium behandelten Gusseisenschmelzen - Google Patents

Abstract

In der Gusseisenherstellung werden Impfmittel verwendet um die Kristallisation gezielt auf ein möglichst regelmäßiges Kristallgefüge auslösen zu können. Es wird ein Zusatz zu Impfmitteln zum Animpfen von in einem Konverter mit Magnesium behandelten Gusseisenschmelzen vorgeschlagen, wobei der Zusatz im Wesentlichen aus Sauerstoffverbindungen besteht oder diese enthält, und wobei die Sauerstoffverbindungen in der Schmelze von dem Gusseisen oder von den Impfmitteln reduzierbar sind. Insbesondere die Verwendung von Zunder als Zusatz zum Impfmittel hat den Vorteil, dass an der sauerstoffarmen Schmelze aus dem Magnesiumkonverter ohne weitere störende Elemente Sauerstoff zugeführt werden kann.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Zusatz zu Impfmitteln zum Animpfen von in einem Konverter mit Magnesium behandelten Gusseisenschmelzen.

Gusseisen kann in verschiedenen Modifikationen hergestellt werden, die sich durch die Morphologie der Graphiteinschlüsse unterscheiden. Durch die Behandlung der Gusseisenschmelze mit Magnesiummetall in einem sogenannten Magnesiumkonverter kann beispielsweise eine sehr reine Kugelgraphitform erhalten werden. In dem Konverter, ein Behandlungsgefäss für die Gusseisenschmelze, wird in einem Abteil des Gefässes, das von aussen zugänglich ist und das über Öffnungen in der Trennwand zwischen dem Gefässabteil und dem restlichen Behandlungsgefäss hiermit in Verbindung steht, reines Magnesiummetall 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, zum Kochen und zum Verdampfen gebracht. Die Reaktion mit dem reinen Magnesium bewirkt folgendes: Aus den nichtmetallischen Bestandteilen der Schmelze entstehen mineralische Verbindungen, bestehend aus Magnesiumoxiden, -sulfaten, -silikaten und anderen Verbindungen mit Magnesium. Durch den Dampfdruck des kochenden Magnesiums wird die Schmelze in eine intensive Bewegung versetzt. Die mineralischen Verbindungen koagulieren, agglomerieren und schwimmen, aufgrund des spezifischen Gewichtes, das niedriger ist als dasjenige der Gusseisenschmelze, 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 Gusseisenzusammensetzung im Bad mit einer sehr hohen Reinheit von beispielsweise weniger als 10 ppm gelöstem Sauerstoff und einem Schwefelgehalt von weniger als 50 ppm. Das so erhaltene Gusseisen weist auch eine sehr niedrige Konzentration von keimbildenden nichtmetallischen Partikeln auf. Es werden Keimbildnerkonzentrationen von weniger als 100 ppm gemessen.

Einerseits wird die hohe Reinheit des Guseisens gewünscht, da dies vorteilhaft ist für ein möglichst regelmässiges Kristallgefüge in den hergestellten Gusseisenprodukten. Andererseits hat die sehr hohe Reinheit zur Folge, dass die hochreine Gusseisenschmelze schwer zum Kristallisieren zu bringen ist. Dies äussert sich in einem Unterkühlungseffekt in der Aufzeichnung der Temperatur- Zeit-Kurve beim Abkühlen der Schmelze und in einem unregelmässigen Kristallgefüge in den so hergestellten Produkten. Ein unregelmässiges Gefüge ist nachteilig für die mechanischen Eigenschaften der so erhaltenen Gusseisenprodukten. Deshalb muss vor dem Abgiessen der Gusseisenschmelze ein Impfmittel zugegeben werden. Die bekanntesten Impfmittel basieren auf Ferro- Silizium-Legierungen.

Es gibt eine Vielzahl von Impfmitteln und Impfmittelzusätzen, die vorgeschlagen werden, um einen Kompromiss zwischen der höhen Reinheit und der schlechten Kristallisierbarkeit der Gusseisenschmelze zu erreichen. Einige dieser Impfmittel, wie beispielsweise solche, die auf Al, Zr, Sr oder Ba basieren, zeichnen sich aus durch eine hohe Affinität zum Sauerstoff und zielen darauf ab, mit dem sehr geringen Restsauerstoffgehalt der Gusseisenschmelze eine möglichst wirksame Bindung zu einem in der Schmelze schwer oder nicht löslichen Oxid einzugehen und anschliessend als Fremdkörper in der abkühlenden Schmelze die Kristallisation auszulösen. Es werden auch Impfmittel und Impfmittelzusätze angegeben, die mit dem Restschwefelgehalt der Schmelze eine entsprechende schwerlösliche oder unlösliche Verbindung zu Sulfiden oder Sulfaten eingehen und so die Kristallisation auslösen.

Sämtliche dieser Impfmittel, die an die Schmelze zugegeben werden, haben den Nachteil, dass die Gefahr besteht, dass bei einer zu grossen zugegebenen Menge unerwünschte Schlacken gebildet werden. Die Dosierung der Menge des Impfmittels ist schwierig. Die kommerziellen Zusammensetzungen von Impfmitteln mit schwer erhältlichen Elementen wie Zirkon oder Lanthan sind oft sehr teuer.

Aus der DE 39 23 552 A1 ist ein Verfahren bekannt, in dem der ölhaltige Walzzunder, der in den Walzwerken bei der Warmverformung von Stahlprodukten als Abfall anfällt, mit Branntkalk gemischt wird. Es wird ein rieselfähiges Mischprodukt erhalten, das aus Eisenoxyd, Kalkhydrat und fein darin verteilten Oelpartikeln besteht. Ein grosser Teil des Sauerstoffgehaltes des Zunders wird am Branntkalk zur Bildung des Kalkhydrates gebunden. Das Mischprodukt wird als Schlackenbildner zum Roheisen im Stahlkonverter zugegeben.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, einen Zusatz zu Impfmitteln zum Animpfen von in einem Konverter mit Magnesium behandelten Gusseisenschmelzen anzugeben, der keine störende und unerwünschte Schlacken bildet, der unempfindlich ist bei einer gelegentlichen Überdosierung und der möglichst kostengünstig beschafft werden kann.

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Zusatz zu Impfmitteln zum Animpfen von in einem Konverter mit Magnesium behandelten Gusseisenschmelzen, der im Wesentlichen aus Sauerstoffverbindungen besteht oder diese enthält, und wobei die Sauerstoffverbindungen in der Schmelze von dem Gusseisen oder von den Impfmitteln reduzierbar sind. Die Zufuhr von Sauerstoff zur Schmelze ist wünschenswert, da nach der Behandlung der Gusseisenschmelze mit Magnesium im Magnesiumkonverter der Sauerstoffgehalt oft weniger als 10 ppm beträgt. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Es ist von Vorteil, dass der Zusatz zum Impfmittel möglichst günstig erhältlich ist. Dies wird dadurch erreicht, dass der Zusatz aus Eisen und Oxiden von Eisen gebildet ist oder diese enthält. Dies wird insbesondere auch dadurch erreicht, dass der aus Eisen und Oxiden von Eisen gebildete Zusatz auf der Basis von Zunder aufgebaut ist.

Es ist auch von Vorteil, dass der Zusatz leicht zur Schmelze zudosiert werden kann und dass die Dosierung an die Erfordernisse des jeweiligen Gusseisenproduktes angepasst werden kann. Dies wird dadurch erreicht, dass der Zusatz in einem Parallelstrom zu einem Strom von einem handelsüblichen Impfmittel, beispielsweise FeSi, vor dem Abgiessen in die Form zur Gusseisenschmelze zudosiert wird. Dies wird auch dadurch erreicht, dass der Zusatz vor dem Abgiessen in die Form zum Strom des handelsüblichen Impfmittels zugemischt wird.

Die Idee, die der Erfindung zugrunde liegt, ist es, in der hochgereinigten, überdesoxydierten Schmelze aus dem Magnesiumkonverter den Sauerstoffgehalt gezielt zu erhöhen. Ein höherer Sauerstoffgehalt in der Schmelze ist vorteilhaft für die Bildung von Oxidkörpern durch die Reaktion von Sauerstoff mit den handelsüblichen Impfmitteln. Der Sauerstoff reagiert mit den handelsüblichen Impfmitteln beispielsweise zu SiO₂, das in der Schmelze nicht oder schlecht löslich ist, und das gezielt die nachfolgende Kristallisation auslösen kann. Um die Bildung von ausreichend vielen Oxidkörpern zu ermöglichen, ist ein bestimmter Gehalt an Sauerstoff in der Schmelze notwendig. Durch das höhere Angebot von Sauerstoff in der Schmelze wird die Impfbereitschaft verbessert.

Grundsätzlich können alle Sauerstoffverbindungen, die in der Reaktion mit der Gusseisenschmelze reduziert werden, an die Schmelze zugegeben werden. Weil der Sauerstoffgehalt in der Gusseisenschmelze aus dem Magnesiumkonverter zu niedrig ist, kann die Schmelze auch mit Impfmitteln, die Elemente wie beispielsweise Al, Sr, Ba, La oder Zr enthalten, die sich alle durch eine sehr hohe Affinität zum gelösten Sauerstoff auszeichnen, oft gar nicht oder zumindest nicht wirkungsvoll angeimpft werden.

Als Zusätze werden deshalb Sauerstoffverbindungen bevorzugt, die einen hohen Beitrag zur Erhöhung des Sauerstoffgehaltes in der Schmelze leisten. Auch sollten die Zusätze nicht teuer oder schwer zu beschaffen sein, wie beispielsweise Zr, Sr, La usw. Die Zusätze, die zum Einsatz kommen, sollten keine nachteiligen Eigenschaften haben für die Umwelt und für die Arbeiter, die damit in Berührung kommen. Alle diese Anforderungen werden in idealer Weise von Zunder, der als Abfall aus den nachgeschalteten Anlageteilen der Eisenherstellung, aus Walzwerken oder aus Glühöfen erhältlich ist, erfüllt.

Der erfindungsgemässe Zusatz zum Impfmittel ist einen Sauerstoffträger, das heisst eine Sauerstoffverbindung, die von der Gusseisenschmelze, beziehungsweise vom handelsüblichen Impfmittel in der Schmelze reduziert werden kann. Der Sauerstoff des Zusatzes, beispielsweise des Zunders, geht in einer Redoxreaktion über an oxidbildenden Elemente des handelsüblichen Impfmittels oder an der Gusseisenschmelze. Es werden neue Oxiden, beispielsweise SiO₂ gebildet, die wirksam sind als Keime für die Graphitbildung.

Das Verfahren zur Herstellung von Produkten aus einem Gusseisen, bei dem der erfindungsgemässe Zusatz zum Impfmittel verwendet wird, lässt sich wie folgt beschreiben. Die Gusseisenschmelze weist nach der Behandlung im Magnesiumkonverter einen Sauerstoffgehalt von weniger als 10 ppm gelösten Sauerstoff auf. Der Schwefelgehalt der Schmelze beträgt weniger als 50 ppm. Die Konzentration von keimbildenden nichtmetallischen Partikeln in der Schmelze beträgt weniger als 100 ppm. An diese Schmelze werden der erfindungsgemässe Zusatz und das handelsübliche Impfmittel zugegeben.

Die oxidbildenden Elemente des handelsüblichen Impfmittels bilden in der Gusseisenschmelze mit den Fe-O-Verbindungen, wie beispielsweise Zunder, ein Redoxsystem. Die so gebildeten neuen Oxiden haben eine katalysierende Wirkung auf die Bildung von SiO₂ aus dem handelsüblichen Impfmittel FeSi. Das SiO₂ wird in der Schmelze schneller und wirkungsvoller gebildet. Das SiO₂ ist notwendig für die Bildung von Graphitkörpern, beispielsweise Kugelgraphitkörpern, in der Gusseisenmatrix.

Der Zunder, der beispielsweise als Abfall aus den nachgeschalteten Anlageteilen der Eisenherstellung oder aus Walzwerken erhältlich ist, wird zerkleinert, gemahlen und derart ausgesiebt, dass eine Korngrössenverteilung von 0,01 bis 2,5 mm erhalten wird. Die erforderliche Menge Zunder kann entweder direkt zur Gusseisenschmelze, das heisst parallel zur Impfmittelzugabe, zugegeben werden oder vor der Zugabe mit einem handelsüblichen Impfmittel gemischt werden. Die Zusätze können jedoch auch in der Herstellung des Impfmittels schon mit dem handelsüblichen Impfmittel kombiniert oder gemischt werden. Hierdurch wird die Menge des Impfmittels vergrössert und hierdurch kann der Dosiervorgang des Impfmittels leichter geregelt werden. Anschliessend wird die Schmelze in die Form in bekannter Art und Weise abgegossen.

Gusseisenprodukte, die nach diesem Verfahren hergestellt werden, zeichnen sich aus durch eine hohe Reinheit, durch ein sehr regelmässiges Kristallgefüge mit Kugelgraphitpartikel in der Matrix und durch eine hohe mechanische Festigkeit. Solche Gusseisenprodukte werden beispielsweise als hoch belastbare tragende Teile in der Automobilherstellung verwendet.

Claims (8)

1. Zusatz zu Impfmitteln zum Animpfen von in einem Konverter mit Magnesium behandelten Gusseisenschmelzen, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatz im Wesentlichen aus Sauerstoffverbindungen besteht oder diese enthält, und wobei die Sauerstoffverbindungen in der Schmelze von dem Gusseisen oder von den Impfmitteln reduzierbar sind.

2. Zusatz zu Impfmitteln zum Animpfen von in einem Konverter mit Magnesium behandelten Gusseisenschmelzen nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sauerstoffverbindungen derart gewählt werden, dass die durch deren Reduktion neu gebildeten Oxide eine katalysierende Wirkung auf die Bildung von SiO₂ aus dem handelsüblichen Impfmittel haben.

3. Zusatz zu Impfmitteln zum Animpfen von in einem Konverter mit Magnesium behandelten Gusseisenschmelzen nach dem Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatz aus Eisen und Oxiden von Eisen gebildet ist oder diese enthält.

4. Zusatz zu Impfmitteln zum Animpfen von in einem Konverter mit Magnesium behandelten Gusseisenschmelzen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der aus Eisen und Oxiden von Eisen gebildete Zusatz auf der Basis von Zunder aufgebaut ist.

5. Verfahren zur Herstellung von Gusseisenprodukten unter Verwendung eines Zusatzes zu Impfmitteln zum Animpfen von in einem Konverter mit Magnesium behandelten Gusseisenschmelzen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatz, beispielsweise Zunder, gemahlen wird, in einer Granulometrie von 0,01 bis 2,5 mm klassifiziert wird, und in einem Parallelstrom zu einem Strom von einem handelsüblichen Impfmittel, beispielsweise FeSi, vor dem Abgiessen in die Form zur Gusseisenschmelze zudosiert wird.

6. Verfahren zur Herstellung von Gusseisenprodukten unter Verwendung eines Zusatzes zu Impfmitteln zum Animpfen von in einem Konverter mit Magnesium behandelten Gusseisenschmelzen nach dem Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatz vor dem Abgiessen in die Form zum Strom des handelsüblichen Impfmittels zugemischt wird.

7. Verfahren zur Herstellung von Gusseisenprodukten unter Verwendung eines Zusatzes zu Impfmitteln zum Animpfen von in einem Konverter mit Magnesium behandelten Gusseisenschmelzen nach dem Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatz in der Impfmittelherstellung zum handelsüblichen Impfmittel zugemischt wird, und dass die Mischung von Zusatz und handelsüblichem Impfmittel vor dem Abgiessen in die Form zur Gusseisenschmelze zudosiert wird.

8. Gusseisenprodukte hergestellt unter Verwendung eines Zusatzes zum Impfmittel zum Animpfen von in einem Konverter mit Magnesium behandelten Gusseisenschmelzen nach einem der Ansprüche 1 bis 7.