DE1263043B - Verfahren zur Einbringung verschiedener Elemente, insbesondere von Kohlenstoff, in eine Metallschmelze - Google Patents

Verfahren zur Einbringung verschiedener Elemente, insbesondere von Kohlenstoff, in eine Metallschmelze

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DE1263043B
DE1263043B DEC21126A DEC0021126A DE1263043B DE 1263043 B DE1263043 B DE 1263043B DE C21126 A DEC21126 A DE C21126A DE C0021126 A DEC0021126 A DE C0021126A DE 1263043 B DE1263043 B DE 1263043B
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DE
Germany
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melt
carbon
silicon
gas
blown
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Pending
Application number
DEC21126A
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English (en)
Inventor
Nicolas Volianik
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Centre Technique des Industries de la Fonderie
Original Assignee
Centre Technique des Industries de la Fonderie
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21CPROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C1/00Refining of pig-iron; Cast iron

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Silicon Compounds (AREA)

Description

  • Verfahren zur Einbringung verschiedener Elemente, insbesondere von Kohlenstoff, in eine Metallschmelze Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Einbringung eines oder mehrerer Zusatzelemente in eine Metallschmelze zur Erzielung von Gußeisen mit vorausbestimmter Zusammensetzung, wobei der Zusatz auf die Oberfläche der Schmelze aufgebracht und ein Gas in die Schmelze eingeblasen wird.
  • Es sind bereits Verfahren zur Einbringung verhältnismäßig großer Mengen von Kohlenstoff oder Silizium in eine Stahl- oder Eisenschmelze bekannt, wobei ein Aufrührvorgang angewendet wird, wie er in den Induktionsöfen stattfindet.
  • Es sind auch schon mehrere Verfahren bekannt, bei welchen verschiedene Zusätze in geschmolzenes Metall durch Einblasen eingebracht werden, d. h. dadurch, daß durch das Metall hindurch ein gasförmiger Träger geblasen wird, welcher die verschiedenen, in Lösung zu bringenden Elemente, beispielsweise Graphit, in feinzerteilter Form enthält.
  • Ferner sind Verfahren zur Veränderung der chemischen Zusammensetzung einer Metallschmelze durch Hinzufügung beispielsweise einer Frisch-Schlacke bekannt, welche dazu bestimmt ist, die schädlichen Stoffe, wie etwa Schwefel und Phosphor, zu entfernen, wobei die Schlacke auf die Oberfläche der Schmelze gebracht und die letztere einer kräftigen Einblasung unterworfen wird, um die Berührung aller Teile der Schmelze mit dem Reagenz zu gewährleisten.
  • Weiterhin ist auch schon vorgeschlagen worden, einer flüssigen Metallschmelze sehr kleine Mengen - in der Größenordnung von 0,1% - eines Legierungsmetalls, wie etwa Magnesium oder Bor, zuzufügen, indem die Oberfläche der Schmelze mit diesem Metall bestreut und die Schmelze einer mäßigen Einblasung unterworfen wird, d. h. einem Blasvorgang mit kleinen Blasen, wobei das Gas beispielsweise durch einen porösen feuerfesten Stopfen eingeblasen wird.
  • Durch die Erfindung wird die Aufgabe gelöst, einer Schmelze große Mengen C, nämlich bis zu 4%, zuzusetzen. Diese Aufgabe besteht seit langem, und ihre Lösung ist immer dringlicher geworden, seitdem im Kupolofen in zunehmendem Maße Stahlschrott eingeschmolzen wird. Während es keine besonderen technischen Schwierigkeiten bereitet, geringe C-Mengen in eine Schmelze einzubringen, ist es bisher nicht gelungen, beträchtliche Mengen C in eine Schmelze einzuführen. Ebenso schwierig ist es bisher, gleichzeitig C und Si in eine Schmelze einzubringen, was beispielsweise dann erforderlich ist, wenn aus einer einzigen Schmelze Gußeisen verschiedener Zusammensetzung und auch Stahl erzeugt werden soll. Es ist festgestellt worden, daß die Anreicherung einer Eisenschmelze mit Kohlenstoff um so schwieriger ist, je höher ihr Anfangsgehalt an Kohlenstoff, Silizium und Phosphor ist. Genau gesagt, nimmt die Schwierigkeit der Anreicherung übereutektoidischer Eisenschmelzen mit Kohlenstoff in dem Maße zu, in welchem ihre anfängliche Zusammensetzung der eutektischen Zusammensetzung nahekommt. Die Anreicherung ist sehr schwierig, wenn es sich um übereutektoidische Eisenschmelzen handelt.
  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Einbringen verhältnismäßig großer Mengen - in der Größenordnung von 0,5 bis 4 0/0 - von Elementen wie Kohlenstoff oder Silizium in eine Gußeisenschmelze. Es ist festgestellt worden, daß die Anreicherung einer Eisenschmelze mit Kohlenstoff um so schwieriger ist, je höher ihr Anfangsgehalt an Kohlenstoff, Silizium und Phosphor ist. Genauer gesagt, nimmt die Schwierigkeit der Anreicherung übereutektoidischer Eisenschmelzen mit Kohlenstoff in dem Maße zu, in welchem ihre anfängliche Zusammensetzung der eutektischen Zusammensetzung nahekommt. Die Anreicherung ist sehr schwierig, wenn es sich um übereutektoidische Eisenschmelzen handelt. Das erfindungsgemäße Verfahren besteht im wesentlichen darin, daß die in Lösung zu bringenden Elemente oder sie enthaltende Stoffe auf die Oberfläche der Schmelze aufgebracht werden, wobei sich die Elemente oder die Stoffe vorzugsweise in pulverförmigem Zustand befinden, und daß eine sehr kräftige Aufrührung hervorgerufen wird, indem ein Gas mittels eines oder mehrerer Rohre durch eine oder mehrere darin vorgesehene Öffnungen derart eingeblasen wird, daß das flüssige Metall in unregelmäßige Turbulenz gerät. Auf diese Weise werden mit einer besonders einfachen Vorrichtung die zuzufügenden Stoffe durch an der Oberfläche hervorgerufene Wirbel mit der Schmelze vermischt. Es besteht keine Gefahr, daß sie von der Schmelze durch eine gasförmige Umhüllung getrennt werden, wie es bei den Zufügungsverfahren durch Einblasung der Fall ist.
  • Diese Turbulenz, die insbesondere durch große Gasblasen hervorgerufen wird, darf keine gleichmäßige Bewegung des flüssigen Metalls sein, die nur dazu führen würde, die flüssigen Metallpartikeln umzurühren, um sie nacheinander mit dem zuzufügenden Stoff in Berührung zu bringen, der an der Oberfläche verbleiben würde. Die Turbulenz muß vielmehr unregelmäßig sein, so daß der zuzufügende Stoff in das Innere der Schmelze hereingezogen wird, wodurch er atmosphärischen Einwirkungen entzogen und gleichmäßig in der flüssigen Masse verteilt wird.
  • Zu diesem Zweck muß die Einblasung durch ein oder mehrere Rohre mit Öffnungen in der Größenordnung von 1 cm2 durchgeführt werden, ohne daß poröse Zwischenwände oder poröse Stopfen zwischengeschaltet würden, welche die Relativbewegungen des flüssigen Metalls und des einzubringenden Elements regelmäßig machen würden.
  • Das oder die Einblasrohre werden vorzugsweise aus Graphit hergestellt, der, wie an sich bekannt, wirksam dazu beiträgt, daß der in der so bearbeiteten Schmelze vorhandene Kohlenstoff sich nach der Aushärtung in graphitischer Form darstellt und nicht teilweise mit dem Eisen zu Karbiden verbunden ist.
  • Das zu verwendende Gas ist vorzugsweise ein neutrales Gas, Stickstoff oder Argon. Luft kann ebenfalls verwendet werden, dabei kann aber die Ergiebigkeit wegen der möglichen Verbrennung eines Teils der eingeführten Elemente weniger hoch sein.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren führt in folgenden Punkten zu überraschenden Ergebnissen: a) Es können verhältnismäßig große Additivmengen eingebracht werden, und die eingebrachten Elemente werden schnell gelöst. Dabei nimmt die Lösung im allgemeinen nicht mehr Zeit als 2 Minuten in Anspruch.
  • Diese Schnelligkeit des Einbringungsvorganges ist auch wesentlich, um eine Abkühlung -.-der Schmelze zu vermeiden. Darüber hinaus kann die Pfanne oder der Tiegel, in welchem die Behandlung vorgenommen wird, vorzugsweise wärmeisolierend ausgebildet sein, um die Abkühlung zu verzögern.
  • b) Das erfindungsgemäße Verfahren führt zum Zerfall des Siliziumkarbids in seine beiden Elemente, wenn das Additiv aus Siliziumkarbid besteht.
  • Es ist bekannt, daß das Siliziumkarbid gewöhnlich in einer Eisenschmelze nicht zerfällt. Demgegenüber hat sich herausgestellt, daß bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens und bei Wahl von Siliziumkarbid als Additiv dieses in Kohlenstoff 'und Silizium zerfällt und daß dabei Eisenschmelzen von besserer Qualität erzielt werden, als sie bei gleicher Zusammensetzung mit den herkömmlichen Verfahren erreicht werden können.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es. neben anderen Anwendungsarten, von einer Kupolofenschmelze mit niedrigem Kohlenstoffgehalt ausgehend, wirtschaftlich Schmelzen mit erhöhtem Kohlenstoffgehalt zwischen 3,50 und 4,20% herzustellen.
  • Es ermöglicht ferner, von einer ganz mit Stahl zubereiteten Schmelze und insbesondere von einer Kupolofenschmelze ausgehend, alle Arten des industriell verwendeten Gußeisens herzustellen, gleichgültig wie hoch ihr Gehalt an Kohlenstoff und Silizium sein mag, einschließlich der widerstandsfähigen Gußeisenarten. Ausführungsbeispiel 1 Ausgegangen wird von einer in einem Kupolofen mit saurem Futter bei kaltem Wind zubereiteten Schmelze aus 1001/o Stahl mit einem Gehalt an: C 2,96, Si 1,25, Mn 0,42, S 0,1, P 0,08. Ihr Kohlenstoffgehalt soll um 0,8 % erhöht werden.
  • Nachdem in eine Pfanne 800 kg der flüssigen Schmelze ausgegossen worden sind, werden auf der Oberfläche der Schmelze 6,9 kg Graphit mit 93 0% Kohlenstoffgehalt ausgebreitet, und es wird 2 Minuten lang Stickstoff mittels aus Graphit bestehender Rohre eingeblasen.
  • Es kann festgestellt werden, daß der Kohlenstoffgehalt der Schmelze nach der Behandlung von 2,96 auf 3,70 % angestiegen ist, woraus sich die Ergiebigkeit aus dem Verhältnis des noch vorhandenen zu dem eingeführten Kohlenstoff zu 0,74:0,80 = 92,5% ergibt. Ausführungsbeispiel 2 Zubereitet wird eine Schmelze für Kokillenguß, wobei das Rohmaterial 50% Stahl enthält. Die Analyse dieser Schmelze vor der Behandlung ergibt: C 2,74, Si 1,50, Mn 0,92, S 0,04, P 0,11. Der Kohlenstoffgehalt soll auf 3,60 gebracht werden.
  • Es wird in gleicher Weise wie beim Ausführungsbeispiel 1 verfahren, und bei 900 kg flüssiger Schmelze werden auf die Oberfläche 9,205 kg Graphit mit 93 0/0 Kohlenstoffgehalt ausgebreitet.
  • Nach der Behandlung läßt sich feststellen, daß der Kohlenstoffgehalt von 2,74 auf 3,53 % angestiegen ist, woraus sich eine Ergiebigkeit von 83 % ergibt. Ausführungsbeispiel 3 Kohlenstoff- und Siliziumanreicherung einer Schmelze, die vor der Behandlung folgende Zusammensetzung hat: C 3,19, Si 0,96, Mn 0,5, S 0,1, P 0,08. Bei 900 kg flüssiger Schmelze werden auf die Oberfläche 7 kg Graphit mit 93 % Kohlenstoffgehalt und 8 kg Ferrosilizium mit 80 % Siliziumgehalt ausgebreitet, und die Schmelze wird sodann durch Einblasen 2 Minuten lang umgerührt, wie oben angegeben.
  • Die nach der Behandlung vorgenommene Analyse zeigt, daß der Kohlenstoffgehalt von 3,19 auf 3,87% und derjenige an Silizium von 0,96 auf 1,22% angestiegen ist, woraus sich für den Kohlenstoff eine Ergiebigkeit von 94,4% und für das Silizium von 93,0% ergibt. Ausführungsbeispiel 4 Ausgegangen wird von einer in einem Kupolofen zubereiteten Schmelze aus 1001/o Stahl mit der folgenden Zusammensetzung: C 3,20 0/0, Si 0,7511/o, Mn 0,4%, S 0,100/0, P 0,04%. Nach der Behandlung mit dem vorstehend erwähnten Verfahren mit Siliziumkarbid erhält man eine Schmelze von folgender Zusammensetzung: C 3,50%, Si 1,47%, Mn 0,4%, S 0,10%, P 0,04%, mit einer Ergiebigkeit der zugefügten Stoffe in Höhe von 82%. Dieses Gußeisen hat eine Zugfestigkeit von 35 kg/mm2.

Claims (4)

  1. Patentansprüche: 1. Verfahren zur Einbringung eines oder mehrerer Zusatzelemente in eine Metallschmelze zur Erzielung von Gußeisen mit vorausbestimmter Zusammensetzung, wobei der Zusatz auf die Oberfläche der Schmelze aufgebracht und ein Gas in die Schmelze eingeblasen wird, d a d u r c h gekennzeichnet, daß der Zusatz aus Kohlenstoff und/oder Silizium besteht und seine Menge in der Größenordnung von 0,4 bis 4 0/0 liegt und daß Gas derart eingeblasen wird, daß durch Bildung großer Gasblasen eine unregelmäßige Turbulenz des flüssigen Metalls herbeigeführt wird, und die anfänglich auf die Oberfläche der Schmelze aufgebrachten Zusatzstoffe durch die Wirbel des flüssigen Metalls umhüllt werden.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas durch ein oder mehrere in die Schmelze eingetauchte Rohre mit öffnungen in der Größenordnung von 1 cm' ohne Zwischenschaltung poröser Zwischenwände oder Stopfen eingeblasen wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Kohlenstoff und Silizium in Form von Siliziumkarbid zugesetzt werden.
  4. 4. Behandlungspfanne bzw. Tiegel zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine gegen Abkühlung während der Behandlung schützende Wärmeisolierung aufweisen. In Betracht gezogene Druckschriften: E. Piwowarsky, »Gußeisen«, 2. Auflage, 1951, S. 173 bis 179.
DEC21126A 1959-04-17 1960-04-01 Verfahren zur Einbringung verschiedener Elemente, insbesondere von Kohlenstoff, in eine Metallschmelze Pending DE1263043B (de)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2746478A1 (de) * 1977-10-15 1979-05-23 Maschf Augsburg Nuernberg Ag Verfahren zum legieren und/oder impfen und/oder desoxidieren von im kupolofen erzeugten gusseisenschmelzen
RU2487950C1 (ru) * 2012-04-13 2013-07-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Камская государственная инженерно-экономическая академия" (ИНЭКА) Способ получения алюминиевого чугуна с компактными включениями графита
RU2590772C1 (ru) * 2015-04-09 2016-07-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии Уральского отделения Российской академии наук (ИМЕТ УрО РАН) Способ получения алюминиевого чугуна
RU2754626C1 (ru) * 2020-11-25 2021-09-06 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии Уральского отделения Российской академии наук (ИМЕТ УрО РАН) Способ получения жаростойкого низкоуглеродистого железоалюминиевого сплава

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