-
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.