DE1252714B - Verfahren zum Legieren von Metallschmelzen vorzugsweise von Grauguß mittels exothermer Legierungstabletten - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

AUSLEGESCHRIFT

Int. C!.:

C 21 c

Deutsche Kl.: 18 b-1/08

Nummer:, 1252 714

Aktenzeichen: V 20391 VI a/18 b

Anmeldetag: 22. März 1961

Auslegetag: 26. Oktober 1967

Es ist seit langem bekannt, daß Grauguß durch Legieren mit Elementen wie Silizium, Mangan, Phosphor, Nickel, Chrom und Molybdän seine Eigenschaften erheblich ändert und die Qualität in bezug auf Härte, Zugfestigkeit, Verschleißfestigkeit, Säurebeständigkeit usw. bedeutend verbessert werden kann, deshalb wird der wirtschaftlichen Herstellung von legiertem Grauguß besondere Bedeutung beigemessen. Diese Zugabe der Legierungsclemente kann selbstverständlich im Kupolofen vorgenommen werden, indem die gewünschten Legierungselemente mit dem Einsatz zugegeben werden. Diese Methode weist allerdings erhebliche Nachteile auf und ist "in den meisten Fällen unwirtschaftlich, da ein beträchtlicher Teil der zugegebenen, meist sehr kostspieligen Legierongselemente durch Abbrand verlorengeht, »des weiteren bei dieser Methode ein großer Verlust *sx\ teueren Legierungselementen durch qualitativ nicht einwandfreies Ubergangseisen auftritt und eine besondere Legierung nur für einzelne Gußstücke nicht möglich ist.

Um diese Nachteile abzustellen, wurde versucht, eine Möglichkeit zu schaffen, den Grauguß in der Gießpfanne zu legieren. Da jedoch die meisten Legierungselemente im Grauguß nicht aufschmelzen oder sich lösen und, soweit sie schmelzen oder sich lösen, dem Eisen zuviel Wärme entziehen wurden, muß diesen zerkleinerten Legierungselementen, die gewöhnlich in Form von Ferrolegierungen zugegeben werden, bis auf das Element Nickel, das meist in granulierter Form verwendet wird, ein Schmelzsatz von exothermem Material beigegeben werden. Es ist deshalb bekannt, daß die zerkleinerten Legierungselemente mit exothermen Gemischen vermischt, in Beutel oder Pappdosen verpackt, in die Gießpfanne gebracht werden. Der Nachteil dieses Verfahrens ist, daß nach dem Verbrennen der Verpackung durch die Verteilung des Gemisches auf oder in der Schmelze der angestrebte Schmelzeffekt der Legierungskornponenten oft nicht eintritt.

Infolgedessen verbleiben die Legierungselemente entweder zum Teil in der Schlacke, oder sie bilden Einschlüsse im Guß oder sinken auf den Boden, und nur ein geringer Teil legiert sich mit dem Eisen. Aus diesem Grund können die vielerorts allgebotenen und produzierten Pfannenlegierungspakete meist nicht mit befriedigendem Erfolg angewendet werden. Erfindungsgemäß ist es nunmehr möglich geworden, mittels exothermen Legierungszusatzes in Tabletten, die in axialer Richtung mit einer bereits bekannten Bohrung versehen sind, die darin enthaltenen Legieningskomponenten, wie vorzugsweise Verfahren zum Legieren von Metallschmelzen,
vorzugsweise von Grauguß mittels exothermer
Legierungstabletten

Anmelder:

VEB Fachanstalt für Gießereiwesen,
Dresden A 27, Thärandter Str. 199

»° Als Erfinder benannt:
Georg Fritschi, Dresden;
Rudi Auch, Dresden-Freital

Mangan, Silizium, Nickel, Chrom, Molybdän und Phosphor oder deren Gemische, mit Hilfe des exothermen Bestandteiles der Preßlinge aufzuschmelzen und praktisch ohne Verluste durch Abbrand mit dem Gußeisen zu legieren. Hierbei können neben den genannten Elementen ebenfalls Wolfram, Titan, Vanadium und Kupfer als Legierungskomponenten Anwendung finden.

Um eine sichere Wirkung zu garantieren, wurde erfindungsgemäß festgestellt, daß die Preßlinge in der Zusammensetzung wie in der Formgebung verschiedene Bedingungen erfüllen müssen.

1. Zusammensetzung der Preßlinge

Wie bereits erwähnt, besteht der Preßling aus dem zerkleinerten Legierungselement und einem exothermen Bestandteil sowie einem Bindemittel, das ebenfalls für die exotherme Reaktion von ausschlaggebender Bedeutung ist. Als Legierungsbestandteil finden von allen genannten Elementen deren möglichst hochprozentige Ferrolegierungen Anwendung. Lediglich das Element Nickel wird in reiner, granulierter Form verwendet. Die Ferrolegierungen werden auf geeigneten Mühlen, meist in Kugelmühlen, vermählen und finden in einer Korngröße bis zu maximal 5,0 mm Anwendung, wobei der anfallende staubfeine Prozentsatz möglichst niedrig gehalten werden soll.

Der exotherme Bestandteil der Preßlinge, der sich aus pulverförmigem Aluminium in einer Körnung bis zu 0,3 mm und Sauerstoffträgern, wie feingemahlenem Eisenoxyd, meist in Form von Hammerschlag oder Walzsinter, Nitraten, Braunstein od. ä. zusammensetzt, ist stöchiometrisch so abgestimmt, daß durch vollständige schnelle Verbrennung des Aluminiums eine momentane maximale Wärmeentwick-

Claims (3)

1. lung erzielt wird. Ein Sauerstoffüberschuß im exothermen Gemisch muß vermieden werden, um eine Oxydation von Legierungselementen zu vermeiden. Die momentane große Wärmeentwicklung bewirkt, daß die Legierungsmetalle außerordentlich rasch zusammenschmelzen und dann in das Eisen übergehen, während nur ein geringer Teil metallfreie Schlacke übrigbleibt. Da die Schmelzwärme und spezifische Wärme der verschiedenen Legierungsmetalle verschieden ist, schwankt das gewichtsmäßige Verhältnis Legierungsmetall zu exothermem Bestandteil = 1:1 bis 2 :1 im Preßling je nach der betreffenden Art.

   Wie bereits erwähnt wurde, ist der Bindemittelzusatz von außerordentlicher Bedeutung für den Ablauf der exothermen Reaktion, da die üblichen Bindemittel auf Stärke-, Ton-, Harz-, Kunstharz- oder Nitrobasis den Reaktionsbeginn verzögern bzw. die exotherme Reaktion überhaupt verhindern. Es wurde erfindungsgemäß festgestellt, daß Bindemittel auf so Quellzellulosebasis besonders geeignet sind, und zwar deshalb, weil

   a) diese nur in sehr geringem Anteil beigegeben zu werden b/auchen und dadurch keinen Einfluß auf die Entzündung der Preßlinge haben,

   b) trotz des geringen Bindemittelanteiles von maximal 0,5 % eine außerordentlich gute Grünstandfestigkeit der Preßlinge und damit gute Verarbeitbarkeit auf der Tablettiermaschine erreicht wird.
2. 2. Formgebung der Preßlinge

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   Die Form der Preßlinge ist ebenfalls entscheidend für die Wirkung sowohl in Hinsicht auf Reaktionsablauf wie auf Ausbeute der Legierungselemente. Eine runde Form envies sich hierbei am günstigsten bei einer Stärke von ungefähr 10,0 bis 15,0 mm. Werden die Preßlinge wesentlich stärker hergestellt, so besteht die Gefahr, daß die im Preßling enthaltenen Legierungselemente wohl aufgeschmolzen werden, aber dann in der Schlacke verbleiben. Dadurch wird die Wirkung wesentlich beeinträchtigt. Außerdem hat es sich gezeigt, daß der Reaktionsbeginn an den Außenrändern des Preßlings einsetzt und sich nach innen fortsetzt. Die Folge davon ist, daß die Legierungsmetalle am Außenrand sehr gut aufschmelzen und in das Eisen übergehen, während die Schlacke auseinanderläuft. Bis die Reaktion im Mittelpunkt . des Preßlings abgeschlosen ist, ist jedoch der äußere Schlackenrand bereits erstarrt, so daß ein Auseinanderlaufen und gutes Ausschmelzen des Mittelstückes des Preßlings nicht möglich ist und dadurch wiederum aufgeschmolzene Legierungsbestandteile eingeschlossen bleiben. Ein bereits bekannter Preßling in runder Form, der in der Mitte eine axial verlaufende Aussparung aufweist, wird demzufolge erfindungsgemäß in einer Stärke von etwa 10,0 bis 15,0 mm verwendet, so daß die Reaktion sowohl von innen wie von außen einsetzen kann und ein Auflösen in jedem Fall ermöglicht wird.

   Die im vorhergehenden beschriebene Erfindung garantiert also ein praktisch verlustloses Legieren von Grauguß in der Gießpfanne in jedem gewünschten Verhältnis, ohne der Schmelze Wärme zu entziehen, und ermöglicht dabei eine sehr genaue Dosierung der Legierungskomponenten, da die genannten Preßlinge in einem niedrigen Stückgewicht hergestellt werden. Da bei jedem Legierungselement pro Preßling gewichtsmäßig bekannt ist, wieviel vom betreffenden Legierungselement frei wird, läßt sich demzufolge eine sehr genaue Abstimmung der Legierung durch die Anzahl der beizugebenden Preßlinge erreichen.

   Außer der hier beschriebenen neuen Methode können jedoch bei einer Anzahl von Legierungsmetallen anstatt der Ferrolegierungen die leicht reduzierbaren Oxyde der Legierungsmetalle verwendet werden. Diese werden dann mit feinkörnigem Aluminium eventuell unter Beigabe schnell zerfallender SauerstofTträger zur Reaktionseinleitung angewendet. Durch die Reduktion der Metalloxyde werden dann ebenfalls metallische Legierungselemente frei. Dieser Weg wird jedoch in den meisten Fällen recht kostspielig werden, da die hochprozentigen Metalloxyde wesentlich teurer sind als die Legierungsmetalle in Form ihrer Ferrolegierungen.

   Patentansprüche:

   1. Verfahren zum Legieren von Gußeisenschmelzen in der Gießpfanne, wobei die Legierungszusätze in Tablettenform gepreßt werden, die in der Mitte mit einer z. B. kreisförmigen Aussparung versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß 10 bis 15 mm dicke, gelochte Tabletten aus 30 bis 50% Legierungselement, 50 bis 65% exothermem Gemisch und 0,1 bis 1,0 % Quellzellulosebinder verwendet werden, die in die vorgewärmte Gießpfanne eingelegt werden.

   2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Tabletten verwendet werden, die Legierungselemente, wie Ferrosilizium, Ferromangan, Ferrophosphor, Ferrochrom, Ferroroolybdän oder Nickel,'in gemahlener Form mit einer Körnung bis zu 5,0 mm enthalten.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß Tabletten verwendet werden, die als exothermes Gemisch Aluminiumgrieß bis 3,0 mm Korngröße und Eisen(II, III)-oxyd, Natriumnitrat oder Mangan(lV)-oxyd enthalten.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Britische Patentschrift Nr. 857 304.