DE1254166B

DE1254166B - Process for the production of a cast iron with a controlled flake or spherical graphite structure

Info

Publication number: DE1254166B
Application number: DEJ21991A
Authority: DE
Inventors: Oliver Smalley; Joseph Bernard Hollis
Original assignee: International Meehanite Metal Co Ltd
Current assignee: International Meehanite Metal Co Ltd
Priority date: 1961-06-27
Filing date: 1962-06-23
Publication date: 1967-11-16

Description

Verfahren zur Herstellung eines Gußeisens mit kontrollierter blättchen- oder kugelförmigei Graphitstruktur Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von Gußeisen mit einer kontrollierten blättchen- oder kugelförmigen Graphitstruktur durch Einleiten eines ein Additiv enthaltenden Trägergases in das geschmolzene Metall.Process for the production of a cast iron with controlled flake or spherical graphite structure The invention relates to manufacture of cast iron with a controlled flake or spherical graphite structure by introducing a carrier gas containing an additive into the molten metal.

Bei der Herstellung von Gußeisen ist es bekannt, dem geschmolzenen Gußeisen Legierungen oder Verbindungen zuzufügen, die beispielsweise graphitisieren, die physikalischen Eigenschaften verbessern, entschwefeln oder eine kugelförmige Struktur ergeben. Solche Additive werden gewöhnlich dem geschmolzenen Metall direkt in die Gießpfanne zugegeben oder aber beim Eingießen von einer Gießpfanne in eine andere oder durch Einspritzen in das geschmolzene Metall mittels eines feuerfesten Rohres oder mittels mechanischer Mischvorrichtungen. Keine dieser Arten der Hinzufügung eines Additivs stellt vollkommen zufrieden, weil sich das Additiv unvollständig löst oder reagiert oder wegen des Temperaturverlustes, der eine Änderung der Eigenschaften, schadhaften Guß, sehr hohe Kosten oder andere Nachteile zur Folge hat.In the manufacture of cast iron, it is known that the molten To add cast iron alloys or compounds that, for example, graphitize, improve the physical properties, desulfurize or a spherical Structure. Such additives are usually added directly to the molten metal added to the pouring ladle or when pouring from a pouring ladle into a other or by injecting into the molten metal by means of a refractory Pipe or by means of mechanical mixing devices. None of these types of addition an additive is completely satisfactory because the additive is incomplete dissolves or reacts or because of the temperature loss, which changes the properties, defective casting, very high costs or other disadvantages result.

Gemäß der Erfindung werden diese Nachteile dadurch vermieden, daß Argon oder Helium in einen in einer Gießpfanne angeordneten Additivbehälter, der ein Additiv mit niedrigerem Schmelzpunkt als das Gußeisen enthält, eingeleitet wird und daß das verdampfte Additiv aus dem Additivbehälter in die Metallmasse eingeblasen wird, wobei es die Metallmasse umrührt und sich unter homogener Mischung mit dem Metall schnell und gleichmäßig auflöst.According to the invention, these disadvantages are avoided in that Argon or helium in an additive container arranged in a ladle, the an additive with a lower melting point than the cast iron contains is introduced and that the evaporated additive is blown from the additive container into the metal mass is, wherein it stirs the metal mass and mixes homogeneously with the Dissolves metal quickly and evenly.

Im Gegensatz zu bekannten Verfahren wird also das Additiv in verdampfter Form in die Metallmasse eingeblasen.In contrast to known processes, the additive is evaporated in Mold blown into the metal mass.

Der Additivbehälter kann ein Ofen sein, irgendein anderer Behälter oder eine Gießpfanne. Der das Additiv enthaltende Behälter kann ein feuerfester Körper sein, der einen freien Durchtritt des Gases gestattet. Der feuerfeste Körper kann mit Graphit belegt sein, um Metallimprägnation zu vermeiden. Umgekehrt kann der Behälter für das Additiv auch aus Metall od. dgl. bestehen und mit einem entsprechenden feuerfesten Material belegt sein.The additive container can be an oven, any other container or a ladle. The container containing the additive can be a refractory one Be a body that allows a free passage of the gas. The refractory body can be coated with graphite to avoid metal impregnation. Vice versa can the container for the additive also made of metal or the like. and with a corresponding refractory material.

In den Zeichnungen ist F i g. 1 ein Querschnitt durch eine Gießpfanne mit den erfindungsgemäßen Merkmalen; F i g. 2 und 3 sind weitere Ausführungsarten der Erfindung.In the drawings, F i g. 1 is a cross section through a ladle with the features according to the invention; F i g. 2 and 3 are further versions the invention.

In der Gießpfanne nach F i g. 1 befindet sich graues Gußeisen. Die Gießpfanne hat die übliche feuerfeste Auskleidung 1, und am Boden der Gießpfanne befindet sich ein Behälter 2 aus Graphit oder einem anderen Material für das Additiv. Der Behälter 2 hat einen abnehmbaren oberen Teil 3, der aus porösem Material besteht mit so großen Poren, daß Gas hindurchgeleitet werden kann. Ein weiterer poröser feuerfester Körper 4 ist in der Auskleidung der Gießpfanne unterhalb des oberen Teils 3 eingesetzt und dient als Gaseinlaß. Der feuerfeste Körper 4 hat Verbindung mit einer Zufuhrleitung 5 für ein neutrales Gas, wie beispielsweise Stickstoff, Argon oder Helium. Vor dem Einfüllen des geschmolzenen Eisens in die Gießpfanne wird der feuerfeste Körper 3 abgenommen, und es wird ein Additiv in diesen Behälter eingebracht, wie beispielsweise Selen, Zink, Kalium, Magnesium, Barium, Cadmium, Lithium, Tellur, Neodymium, Strontium oder deren Legierungen. Dann wird der feuerfeste Körper 3 wieder aufgesetzt, und die Gießpfanne wird mit geschmolzenem Metall gefüllt. Danach wird von der Zufuhrleitung 5 über die porösen Körper 4 und 3 ein Gas in das geschmolzene Metall geleitet.In the ladle according to FIG. 1 is gray cast iron. The ladle has the usual refractory lining 1, and at the bottom of the ladle there is a container 2 made of graphite or other material for the additive. The container 2 has a removable upper part 3 made of porous material with pores large enough for gas to be passed through it. Another porous refractory body 4 is inserted in the lining of the ladle below the upper part 3 and serves as a gas inlet. The refractory body 4 is connected to a supply line 5 for a neutral gas, such as nitrogen, argon or helium. Before the molten iron is poured into the ladle, the refractory body 3 is removed and an additive is introduced into this container, such as selenium, zinc, potassium, magnesium, barium, cadmium, lithium, tellurium, neodymium, strontium or their alloys . Then the refractory body 3 is put back on and the ladle is filled with molten metal. Thereafter, a gas is passed into the molten metal from the supply line 5 via the porous bodies 4 and 3.

Die Additive in dem Behälter 2 haben einen Siedepunkt, der unter dem des Gußeisens liegt, und die Dämpfe der Additive imprägnieren das geschmolzene Eisen in weniger als drei Minuten und haben die gewünschten Strukturänderungen zur Folge. Die F i g. 2 und 3 zeigen Abänderungen, die für Additive bestimmt sind, die schwer in geschmolzenem Gußeisen in Lösung zu halten sind. Solche Additive sind Kalzium, Molybdän, Zer, Lanthanium, Chrom, Zirkon, Vanadium, Silizium oder deren Legierungen. Die in F i g. 2 und 3 gezeigten Gießpfannen haben eine feuerfeste Auskleidung 6 und einen Behälter 7 für ein Additiv am Boden der Gießpfanne. Der Behälter 7 hat eine solche Form, daß sich das geschmolzene Eisen und das Gas sofort berühren können, aber der Behälter selbst widersteht zeitweilig dem Angriff des geschmolzenen Eisens und besteht beispielsweise aus Stahl, der mit einem wäßrigen feuerfesten Schlamm belegt ist. Dieser Schlamm kann eine Mischung sein aus Kieselsäuremehl, Ton und 219/o Natriumsilikat. Durch diesen Belag kann der Behälter 7 das Additiv so lange zurückbehalten, bis sich eine vollständige Lösung ergibt. In F i g. 2 wird der Behälter 7 durch einen Absatz oder Anschlag in der Auskleidung 6 der Gießpfanne in seiner Lage gehalten, und in F i g. 3 dienen hierzu ein Sims 8 mit einer Öffnung 9 und eine Seite der Auskleidung 6. In beiden Fällen liegt der Behälter 7 unmittelbar über einem porösen feuerfesten Körper, z. B. einem Stein 10, der in die Auskleidung der Gießpfanne eingesetzt ist und in Verbindung steht mit einer Gasleitung 11.The additives in the container 2 have a boiling point below that of the cast iron lies, and the vapors of the additives impregnate the molten iron in less than three minutes and result in the desired structural changes. the F i g. 2 and 3 show modifications intended for additives that are difficult to use molten cast iron are to be kept in solution. Such additives are calcium, molybdenum, Zer, lanthanium, chromium, zirconium, vanadium, silicon or their alloys. In the F i g. 2 and 3 have a refractory liner 6 and a ladle Container 7 for an additive at the bottom of the ladle. The container 7 has one Form so that the molten iron and the gas can touch immediately, but the The container itself temporarily resists attack by the molten iron and persists for example of steel, which is covered with an aqueous refractory sludge. This sludge can be a mixture of silica flour, clay and 219 / o sodium silicate. This coating allows the container 7 to retain the additive until a complete solution results. In Fig. 2 is the container 7 by a The shoulder or stop in the lining 6 of the ladle is held in its position, and in FIG. 3 are used for this purpose a ledge 8 with an opening 9 and one side of the Lining 6. In both cases, the container 7 lies directly above a porous one refractory body, e.g. B. a stone 10, which is in the lining of the ladle is inserted and is in communication with a gas line 11.

Das Additiv kann auch mechanisch durch einen feuerfest ausgekleideten Behälter geleitet werden, der seinerseits in einem in der Nähe des Gasstroms gelegenen Behälter liegt, oder es kann auch ein Behälter direkt in Berührung mit dem durch das Gas umgerührten Metallstrom stehen.The additive can also be mechanically lined by a refractory Container are passed, which in turn is located in a near the gas flow Container lies, or it can also be in direct contact with the by a container the gas being stirred by the stream of metal.

Beispiel 1 In einem üblichen Kupolofen aus verschiedenem Schrott geschmolzenes Gußeisen mit etwas Oxid und anderen Fremdteilen enthält in geschmolzenem Zustand 0,3% Phosphor und 0,12% Schwefel mit Schlacke in Form von Mang ansulfid und Kieselsäure. Die Graphitstruktur dieses geschmolzenen Eisens bestand aus groben Blättchen und hatte bei Versuchsstangen von 30 mm Durchmesser eine Festigkeit von 1417 ka/cm22.Example 1 Melted in a conventional cupola from various scrap Cast iron with some oxide and other foreign matter contains in a molten state 0.3% phosphorus and 0.12% sulfur with slag in the form of manganese sulfide and silica. The graphite structure of this molten iron consisted of coarse flakes and had a strength of 1417 ka / cm22 for test bars with a diameter of 30 mm.

2,25 kg einer Magnesium-Eisen-Silizium-Legierung wurden in einen Additivbehälter gemäß F i g. 1 eingebracht, und in die Gießpfanne wurden 225 kg geschmolzenes Eisen eingebracht. Nach Füllung der Gießpfanne wurde das neutrale Gas eingelassen mit einem Druck von 0,7 kg/cm= und in einer Menge von 1130 cms pro Stunde, und zwar ungefähr 4 Minuten lang. Die Gießpfanne wurde während der Behandlung abgedeckt. Nach der Behandlung wurde der Deckel entfernt und ebenso die Schlacke auf dem geschmolzenen Eisen, und das Metall wurde in üblicher Weise abgelassen.2.25 kg of a magnesium-iron-silicon alloy was placed in an additive container according to FIG. 1, and 225 kg of molten iron was placed in the ladle brought in. After filling the ladle, the neutral gas was let in with a pressure of 0.7 kg / cm = and in an amount of 1130 cms per hour, namely for about 4 minutes. The ladle was covered during treatment. After the treatment, the lid was removed and so was the slag on the molten one Iron, and the metal was drained in the usual manner.

In einer Abänderung zu diesem Beispiel wurden statt der magnesiumreichen Legierung 450 bis 2250 g Magnesiumkörner mit einem neutralen Macerial verwendet.In a modification to this example, instead of the magnesium-rich Alloy 450 to 2250 g of magnesium grains with a neutral macerial used.

In beiden Fällen änderte sich die Graphitstruktur von Blättchen zu Kügelchen, und die Festigkeit vergrößerte sich von 1417 auf 5040 kg/em2.In both cases the graphite structure changed from flake to Globules, and the strength increased from 1417 to 5040 kg / cm2.

Vergleichsversuche wurden ausgeführt, wobei die gleiche Legierungsmenge in Oberflächenbehandlung hinzugefügt wurde ohne direkte Berührung mit Gas. Dabei ging der größte Teil des Additivs durch Verbrennung und Verschlackung verloren, und weder die Struktur des Eisens noch seine Dehnung verbesserten sich.Comparative tests were carried out using the same amount of alloy in surface treatment was added without direct contact with gas. Included most of the additive was lost through incineration and slagging, and neither the structure of the iron nor its elongation improved.

Beispiel 2 Bei diesem Beispiel wurde das Additiv gemäß F i g. 3 in den Stahlbehälter eingeführt, und es wurden nicht leicht in Gußeisen in Lösung zu haltende Materialien verwendet, nämlich Eisenmolybdän und Eisenmangan, und zwar in solchen Mengen, daß sich der Mangangehalt von 0,7% im ursprünglichen Metall auf 20!o im Endguß vergrößert und der Molybdängehalt von 00/0 auf 2%. Bei den üblichen Anwendungen von Additiven auf der Oberfläche dieser Materialien ergibt sich eine nicht genau festliegende Rückgewinnung von bis zu etwa 75 0/0. Bringt man dagegen die gemischten Legierungen in den offenen Stahlbehälter und benutzt ein neutrales Gas zur Aktivierung eines kontinuierlichen Flusses von geschmolzenem Eisen durch ein Additiv, dann ergab sich eine Rückgewinnung mit 97%.Example 2 In this example, the additive according to FIG. 3 in The steel container was introduced, and it was not easy to get into solution in cast iron holding materials used, namely iron molybdenum and iron manganese, namely in such amounts that the manganese content of 0.7% in the original metal 20! O in the final casting and the molybdenum content from 00/0 to 2%. With the usual Applications of additives on the surface of these materials result in a uncertain recovery of up to about 75 0/0. If you bring against it the mixed alloys into the open steel tank and use a neutral one Gas to activate a continuous flow of molten iron through an additive, the recovery was 97%.

Claims

Claims: 1. A method for producing a cast iron with controlled lamellar or spherical graphite structure by introducing a a carrier gas containing an additive into the molten metal, characterized in that that argon or helium in an additive container arranged in a ladle, which contains an additive with a lower melting point than the cast iron and that the evaporated additive is blown from the additive container into the metal mass is, wherein it stirs the metal mass and mixes homogeneously with the Dissolves metal quickly and evenly.

2. Apparatus for carrying out the method according to claim 1, characterized in that the additive container is made of refractory Material consists and has a gas inlet and a removable upper part that both are so porous that the gas can pass through the pores.

3. Device according to claim 2, characterized in that the ladle or the molten Containers containing iron have a refractory lining with a shoulder or stop that holds the additive container in place.

4. Apparatus according to claim 2 or 3, characterized in that the ladle or the container containing the molten iron has a refractory lining with a ledge which holds the additive container in place, the gas through a porous part of the lining in the Additive container and enters through an opening in the ledge in the container containing the molten iron. Documents considered: German Auslegeschrift No. 1015 609; German interpretation G 14977 VI a / 18 b (published on 16 B. 1956).