DE1286385B

DE1286385B - Verfahren zur Herstellung von feinpulverisiertem Ferromangan als Bestandteil der Umhuellungsmassen von Pressmantelschweisselektroden

Info

Publication number: DE1286385B
Application number: DEK56002A
Authority: DE
Inventors: Feldmann; Frank; Gerhardt; Dipl-Chem Dr Joachim; Kandler; Dr Klaus; Dipl-Ing Paul; Schmidt; Dipl-Chem Dr Wilfried
Original assignee: Knapsack AG
Current assignee: Knapsack AG
Priority date: 1965-05-05
Filing date: 1965-05-05
Publication date: 1969-01-02
Also published as: FR1479020A; US3471595A; BE680565A; GB1083063A; NL6605298A

Description

1 2

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Her- stehendes Metallpulver enthält, welches dadurch stellung von feinpulverisiertem Ferromangan, be- gekennzeichnet ist, daß Eisen, dessen Kohlenstoffstehend aus von einer Oxidhaut umgebenen Körnern, gehalt höchstens 0,25% beträgt, zusammen mit als Bestandteil der Umhüllungsmassen von Preß- Silizium und/oder Aluminium als Desoxydationsmantelschweißelektroden durch Abschrecken einer 5 mittel in einer Menge, welche wesentlich größer als Ferromangansch»ielze. die für die Desoxydation der Schmelze erforderliche An Ferrolegierungen, die in feinverteilter Form Menge ist, geschmolzen wird und danach im gefur die Herstellung der Umhüllungen von Preß- schmolzenen Zustand einer Zerkleinerungsbehandmantelschweißelektroden verwendet werden, stellt lung unter oxydierenden Bedingungen unterzogen man verschiedene Anforderungen. So ist es beispiels- io wird, so daß ein Metallpulver erhalten wird, welches weise aus der französischen Patentschrift 1 305 663 mit schlackebildenden Stoffen und Bindemitteln gebekannt, Ferrosilizium in möglichst gleichmäßiger mischt wird, welche Mischung als Umhüllung auf Korngrößenverteilung einzusetzen, wobei die Körner Elektrodenkerne aus Eisen oder Stahl aufgebracht eine glatte und abgerundete, vorzugsweise kugelige wird. Ferner betrifft jene schweizerische Patentschrift Oberfläche aufweisen und gegenüber dem gewöhnlich 15 eine Lichtbogenelektrode mit einer Umhüllung, als Bindemittel in der Umhüllungsmasse verwendeten welche eine pulverförmige Legierung mit mindestens Wasserglas passiviert sind. Derartiges, aus 40 bis 75% Eisen enthält, welche dadurch gekennzeichnet 80% Silizium, Rest Eisen bestehendes Ferrosilizium- ist, daß die Summe des Siliziumgehaltes und des pulver wird jener französischen Patentschrift zufolge dreifachen Aluminiumgehaltes der pulverförmigen nicht durch Mahlung, sondern durch Zerstäubung 20 Legierung nicht kleiner als 1,5% und nicht höher als aus der 1200 bis 1600⁰C heißen Schmelze mit Hilfe 15% ist.

von Wasser, Dampf oder Gasen von etwa 2 bis Es ist Gegenstand der Erfindung, durch Zer-13 ata Druck und/oder geeigneten mechanischen stäubung aus dem Schmelzfluß unter geeigneten Granuliervorrichtungen erhalten. Aus der deutschen Bedingungen ein weitgehend aus glatten und abPatentschrift 905 445 ist es ferner bekannt, auch 25 gerundeten oder kugelförmigen Partikeln bestehendes Ferromangan für den genannten Zweck aus der feinpulverisiertes Ferromangan mit gleichmäßiger Schmelze zu verdüsen oder zu granulieren, wobei mit Korngrößenverteilung herzustellen, das eine vorzügeiner Oxidhaut umgebene Teilchen erhalten werden liehe Passivität gegenüber Alkalien aufweist. Gegensollen. Da jegliche näheren Angaben in dieser stand der Erfindung ist auch, dieses Ferromangan äußerst kurz gehaltenen Patentschrift über Zer- 30 in den Umhüllungen von Preßmantelschweißelekstäubungsmittel, Temperatur, Druck, Zusammen- troden zu verwenden, wobei die Herstellung dieser setzung des Ferromangans usw. fehlen, ist es hier- Elektroden durch die Stabilität des Pulvers gegenüber durch nicht möglich, ein Korn mit glatter und ab- Alkalien wesentlich erleichtert, der Ausschuß vergerundeter, vorzugsweise kugeliger Oberfläche zu mindert wird und das von diesen Elektroden niedererhalten, und es hat sich gezeigt, daß die Zerstäubung 35 gebrachte Schweißgut den gestellten Anforderungen von Ferromangan der. handelsüblichen Zusammen- hinsichtlich der chemischen Analyse und der mechasetzung, also z. B. von sogenanntem Ferromangan nischen Gütewerte entspricht. affine mit etwa 78 bis 80% Mangan, etwa 1 bis 1,5% Zur Herstellung des erfindungsgemäß zerstäubten Silizium und etwa 1 bis 1,5% Kohlenstoff oder von Ferromangans kann man von flüssigem Ferromangan' sogenanntem Ferromangan suraffine mit etwa 88 40 ausgehen, das bei der Herstellung beispielsweise aus bis 90% Mangan, etwa 0,1 bis 0,3% Kohlenstoff Ferrosilikoma'ngan und Manganerz anfallt. Man und etwa 1% Silizium, ein Pulver ergibt, dessen kann jedoch auch stückiges Ferromangan wieder Körner sehr unregelmäßig geformt sind und wegen aufschmelzen, wozu beispielsweise ein Induktionsofen ihrer zerklüfteten Oberfläche eine ungenügende verwendet werden kann, und die so erhaltene Passivität gegenüber Alkalien wie Wasserglas auf- 45 Schmelze verdüsen. Jedenfalls ist das zu verdüsende weisen, die sich kaum von der völlig unzureichenden Ferromangan ein Ferromangan affine oder suraffine. Passivität gemahlener Pulver unterscheidet. Die Zerstäubung erfolgt mit Luft, Wasserdampf oder Aus der deutschen Auslegeschrift 1 058 081 ist Wasser bei Drücken von 1 bis 12 atü oder durch weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer glatten Granulieren auf einem Granulierteller oder in einer Oberfläche und rundlichen Form der Ferrosilizium- 5° geeigneten mechanischen Granuliervorrichtung, wokörner beim Zerstäuben einer Schmelze aus Ferro- bei darauf zu achten ist, daß in jedem Falle Sauerstoff silizium mit 10 bis 25% Silizium mit Dampf bzw. entweder in chemischer Bindung, wie z. B. im Luft oder Stickstoff, bekannt, welches dadurch ge- Wasserdampf, der bei den hohen Temperaturen als kennzeichnet ist, daß in der Schmelze zum Zeitpunkt Oxydationsmittel dient, oder in freier Form andes Verdüsens ein Aluminiumgehalt innerhalb der 55 wesend sein muß. Die Verdüsung erfolgt zweck-Grenzen von 0,08 und 0,5% eingestellt wird. mäßig mit einer Ringloch- oder Ringschlitzdüse, aus Schließlich beschreibt auch die schweizerische der das Gas austritt und den durchfallenden Metall-Patentschrift 347 062 die Herstellung von Preß- strahl trifft und zerstäubt.

mantelschweißelektroden, wobei verdüstes Eisen- Vor der Zerstäubung wird dem geschmolzenen

pulver, dem eine geringe Menge Ferromangan zu- 60 Ferromangan bei einer Temperatur von 1260 bis

legiert worden war, in die Umhüllungsmasse ein- 1680° C an Desoxydationsmittel — berechnet auf

gearbeitet wird, jedoch enthält die Umhüllung hier- Ferromangan — 0,5 bis 3,5% (% = Gewichts-

bei ein vorwiegend aus Eisen bestehendes Metall- prozent) Aluminium und/oder Silizium in Form von

pulver. Ferrosilizium, Mangansilizium oder Aluminium-

Im .einzelnen betrifft die schweizerische Patent- 65 silizium zugesetzt, jedoch nicht mehr als 3% SiIi-

schrift ein Verfahren zur Herstellung von umhüllten zium, um die in der Schmelze vorhandenen geringen

Elektroden für die elektrische Lichtbogenschweißung, Mengen an Manganoxiden, Eisenoxiden oder ge-

deren Umhüllung ein vorwiegend aus Eisen be- lösten Sauerstoff zu desoxydieren. Hierbei entsteht

3 4

SiO2 und AI2O3, welches gegebenenfalls durch Zu- silizium, Mangansilizium oder Aluminiurnsilizium gäbe von gebranntem Kalk als Schlackenbildner zugesetzt werden, so daß der Siliziumgehalt des auch verschlackt werden kann. Die Begrenzung des Ferromangans bei Zugabe von Silizium 1,0 bis 5%, Siliziumzusatzes auf 3% ist erforderlich, da das vorzugsweise 1,3 bis 3%, beträgt, ist der Silizium-Ferromangan schon etwa 1 bis 2% Silizium enthält 5 gehalt im Schweißgut nicht höher als bei Verwendung und das fertige verdüste Ferromanganpulver nicht einer Elektrode mit handelsüblichem, gemahlenem mehr als 5%, vorzugsweise weniger als 3°/o, Silizium Ferromangan (1 bis 1,5% Silizium) in der Umenthalten soll. Durch die Zugabe des Desoxydations- hüllungsmasse. So werden z. B. bei einer Elektrode, mittels bzw. durch die Bildung des S1O2 und/oder des die zu dem Typ Es VIIIs (DIN 1913) zählt, Silizium-AI2Q3, weiches in freier Verteilung in der Schmelze 10 gehalte von 0,10 bis 0.20% und bei einer Elektrode schwebt und teilweise hochsteigt und gegebenenfalls des Typs Ti VIIIs Siliziumgehalte von 0,30 bis 0,50% verschlackt, wird die Oberflächenspannung des im Schweißgut gefordert. Beispiel 5 beweist, daß flüssigen Ferromangans verändert, was vermutlich diese Gehalte sowohl bei der Verwendung von gefür den anschließenden oxydierenden Verdüsungs- mahlenem Ferromangan affine mit maximal 1,5% Vorgang und die gewünschte glatte und abgerundete 15 Silizium als auch von erfindungsgemäß verdüstern Kornform der Ferromanganpartikeln von entscheiden- Ferromangan affine mit etwa 2,7% Silizium eingeder Bedeutung ist. Während des Zerstäubiingsvor- halten werden. Weiterhin zeigt Beispiel 5 die beiganges wird durch den chemisch gebundenen oder spielsweise Zusammensetzung einer Preßmantelfreien Sauerstoff des Verdüsungsgases auf den Ferro- schweißelektrode.

manganpartikeln eine dünne Oxidschicht aufge- 20 Es konnte nicht vorausgesehen werden, daß ein bracht, welche die Körner chemisch und mechanisch verdüstes Ferromangan, dem zur Erzeugung eines widerstandsfähig macht. Die glatten und abge- runden Kornes eine erhöhte Menge an Desoxydarundeten, vorzugsweise kugeligen Ferromangan- tionsmittel. vorzugsweise Silizium, zugesetzt wurde, teilchen weisen eine Korngröße von vorzugsweise bis bei der Verwendung in Preßmantelschweißelektroden zu etwa 0,6 mm auf und enthalten 70 bis 95% 25 dann nicht ein Ansteigen des Siliziumgehaltes im Mangan, bis 1,5% Kohlenstoff, 1,0 bis 5%, Vorzugs- Schweißgut verursacht, wenn zusätzlich eine beweise 1.3 bis 3,0% Silizium, 0 bis 0,3% Aluminium stimmte Menge oxydisch gebundener Sauerstoff in und 1 bis 5°/n, vorzugsweise 2 bis 4% Sauerstoff. bzw. auf dem Metallpulver enthalten ist. Der Sauer-

Das auf diese Weise hergestellte verdüste Ferro- sioffgehalt führt auch nicht zu einer Verringerung mangan zeigt eine geringe Reaktivität gegenüber 30 der Manganausbeute, sondern dient dazu, das überalkalisclten Medien, z. B. Natronlauge und Wasser- schüssige Silizium zu verschlacken. Eine Verschlechglas. Beispiel 4 beweist, daß die bei der Behandlung terung der Schweißeigenschaften und der meehamit Alkalien in entsprechenden Laborprüfversuchen nischen Gütewerte tritt nicht auf.
entwickelte Gasmenge (Wasserstoff) wesentlich ge- Die Erfindung sei nunmehr an Hand von Beiringer ist, als die von einem handelsüblichen ge- 35 spielen näher erläutert:
mahlenen Ferromangan erzeugte. . I₁

Die Passivierung, die bei der Herstellung des B e 1 s ρ 1 e 1 1

Materials erfindungsgemäß erzielt wird, ergibt große In einem Lichtbogenofen wurden 200 kg Ferro-

Vorteile bei der Herstellung der Preßniantelschweiß- mangan affine der Zusammensetzung 83,9% Mn,

elektroden gegenüber der Verwendung von nicht 4° 1,4% Si₅ 1,32% C unter Zusatz von 1 kg CaO als

passiviertem, gemahlenem oder solchem Ferro- Schlackenbildner eingeschmolzen. Die Schmelze wurde

mangan, welches ohne vorherige Zugabe eines Des- zuerst mit 9 kg Mangansilizium (etwa 50% Mn,

Oxydationsmittels und gegebenenfalls mit nicht 40% Si, 10% Fe) und anschließend, nach Abziehen

sauerstoffhaltigen Gasen, z.B. Stickstoff, verdiist der Schlacke bei 1590⁰C, mit 350g Aluminium

oder granuliert wurde. Die Reaktion mit Wasserglas 45 desoxydiert. Die flüssige Legierung wurde durch

wird unterdrückt, wodurch die Anfälligkeit der eine Ringschlitzdüse mit 2 mm breitem Dampfspalt

Elektroden beim Pressen und Trocknen gegenüber mit 5 atü Wasserdampf verdüst. Der Dampfverbrauch

der Bildung von Poren und Rissen zurückgedrängt wurde zu 1,6 t/h ermittelt. Das erhaltene Metall-

und der Produktionsausschuß vermindert wird. Da pulver bestand aus glatten und kugeligen Teilchen

die Herstellung und Trocknung von Elektroden 50 folgender Zusammensetzung:

infolge der fortschreitenden Automatisierung in den .. ₇₈ ^₀/

Elektrodenfabriken in immer kürzeren Zeiten erfolgt, „.ⁿ 2 7f°l

kommt der Passivierung erhöhte Bedeutung zu. p! i'dfio/

Es hat sich überraschenderweise gezeigt, daß beim ρ ΓΓΊ⁰/

Schweißen mit Preßmantelschweißelektroden, welche 55 ^ <n'Öi ⁰I

erfindungsgemäß hergestelltes Ferromanganpulver ' η fti 0/

enthalten, kein Anstieg des Siliziums oder Alu- VT "" *"^: 4 QoI

miniums im Schweißgut erfolgt, da die Oxidhaut an Rt-F^- '

der Oberfläche und ein gewisser Sauerstoffgehalt im ^{es sen}

Innern der Körner zur Oxydation des überschüssigen <*> Qj₆ Siebenanalyse ergab folgende Fraktionen:

Siliziums oder Aluminiums ausreichen. Das erfin- _n., i^so/

dungsgemäß verdüste Ferromangan enthält ins- _n - , ^¹,™ \iwi

gesamt 1 bis 5%, vorzugsweise 2 bis 4% Sauerstoff, "·■?. ?i^s "·£ ^mm \±'±J?

vermutlich als Oxid chemisch gebunden. Obwohl nrnv!'« ίη'ίο/

also zur Erzeugung eines ausreichend runden und 65 ^{υ>ιυ DIS}"'r?^ram ^₀'.⁰

glatten Kornes der Ferromanganschmelze die Des- ^{<υ>υο mm} ^z/'^{4 /o}

Oxydationsmittel Aluminium und/oder Silizium in Das Schüttvolumen der Siebfraktionen 0 bis 0,3 mm

den erfindungsgemäßen Mengen in Form von Ferro- wurde mit 33,6 ml/100 g bestimmt.

Beispiel 2

In einem Induktionsofen wurden 1200 kg Ferromangan affine der Zusammensetzung wie im Beispiel 1 unter Zusatz von 3 kg CaO als Schlackenbildner eingeschmolzen. Vor dem Abstich wurde die Legierung mit 3 kg Aluminium und 13 kg Ferrosilizium (75% Silizium) bei 1360⁰C desoxydiert. Die Schlacke wurde vor und nach der Desoxydation abgezogen. Unter Verwendung einer Ringlochdüse wurde die Schmelze mit Dampf von 3,5 atü Druck zerstäubt. Der Dampfverbrauch wurde mit 2,7 t/h ermittelt. Das erhaltene Metallpulver bestand aus glatten und kugeligen Teilchen folgender Zusammensetzung :

Mn 77.7%

Si 1.7%

C 1.35%

P 0.14%

S <0.01%

Al <0.01%

O 2.7%

Rest: Eisen

>0.3mm 10.0%

0.3 bis 0.15 mm 18.4" „

0.15 bis 0.10 mm 19.3%

0.10 bis 0.06 mm 21.7%

<0.06mm 30.6" ₀

Das Schüttvolumen der Siebfraktionen 0 bis wurde mit 29.0 ml 100 g bestimmt.

Beispiel 3

wurde die Legierung mit 3 kg Aluminium und 13 kg Ferrosilizium (75% Silizium) bei 1390C desoxydiert. Die Schmelze wurde wie im Beispiel 2 zerstäubt. Das Metallpulver bestand aus glatten und kugeligen Teilchen folgender Zusammensetzung:

Mn

Si

84,8% 1,6% 0,21% 0,15%

Al <0,01%

O 2.95%

Rest: Eisen

Die Siebanalyse ergab folgende Fraktionen:

>0.3mm 13,8%

0.3 bis 0.15 mm 13.3%

0.15 bis 0.10 mm 21.8%

0.10 bis 0.06 mm 24,3%

<0.06mm 26.7%

Das Schüttvolumen der Siebfraklionen 0 bis 0.3mm wurde mit 32 ml 100 g bestimmt.

Die Siebenanalyse ergab folgende Fraktionen:

Beispiel 4

Zur Prüfung der Passivität gegenüber Alkalien

wurde das nach Beispiel 1 hergestellte verdüste Ferromangan affine einem handelsüblichen gemah-Jenen Ferromangan affine gegenübergestellt, das folgende charakteristische Analysenwerte aufwies:

Mn 77.9%

Si 1.43%

C 0.9%

O 0.2%

35

In einem Induktionsofen wurden 12(K) kg Ferro- Beide Pulversorten wurden in Siebfraktionen zer-

■ mangan suraffine der Zusammensetzung 89.8" η Mn. lest. Von jeder Fraktion wurden 2 g mit 15 ml n' 0.22" η C. 1.2% Si unter Zusatz von 3 kg CaO als 1(T-NaOH 4 Stunden bei 70 C gehalten und das Schlackenbildner eingeschmolzen. Vor dem Abstich 40 entwickelte Gas volumetrisch gemessen.

	> 0.3 mm	0.15 bis 0.3 mm	Kornfraktion 0.1 bis 0.15 mm	0.06 bis 0.1 mm	< 0.06 mm
Ferromangan, gemahlen Ferromangan, verdüst	0,5 ml <0,5 ml	1,2 ml <0,5 ml	4.6 ml <0.5 ml	7,5 ml <0.5ml	27.5 ml <0,5 ml

Beispiel 5

Mit einem nach Beispiel 1 hergestellten verdüsten Ferromangan affine wurden drei Schweißelektroden hergestellt, deren Umhüllung folgende Zusammensetzung aufwies:

Type Es VIII s

Eleklrodenumhüllungen nach DIN 19I3 Type Ti VIHs

Type Kb IXs

FeMn 20 bis 25%

Quarz 20 bis 25%

Erdalkalikarbonate... 10 bis 20%

Kaolin 5 bis 10%

Magnetit 20 bis 30%

Bindemittel: Wasserglas

FeMn 7 bis 12%

Quarz 8 bis 11%

Erdälkalikarbonate.. 5 bis 10%

Kaolin... 8 bis 12%

Rutil 48 bis 57%

Zirkon.... -.:.. Obis 5%

Mineralische Silikate 2 bis 12% Bindemittel: Wasserglas

FeMn 2 bis 10%

Quarz 2 bis 5%

Erdalkalikarbonate... 20 bis 30%

Flußspat 20 bis 32%

Kaolin Ibis 5%

Fe-Pulver 35 bis 45°/₀

Mineralische Silikate 5 bis 10%

FeSi/ ^{lbls 6;o}

Bindemittel: Wasserglas

Die gleichen Schweißelektroden wurden in Kontrollversuchen mit handelsüblichem gemahlenem Ferromangan hergestellt, das die im Beispiel 4 genannten charakteristischen Analysenwerte hatte. Die Analyse des Schweißgutes ergab:

Mn, %

Es VIIIs

Richtwerte

FeMn, gemahlen
FeMn, verdüst ..

Ti VIIIs

Richtwerte

FeMn, gemahlen
FeMn, verdüst ..

KbIXs

Richtwerte

FeMn, gemahlen
FeMn, verdüst .

0,45 bis 0,55

0,53

0,51

0,45 bis 0,60

0,50

0,50 bis 0,60

0,58

0,59

In allen Fällen wurde der gleiche Kerndraht verwendet: Er hatte die folgende Zusammensetzung:

C 0,06 bis 0,10%

Mn 0,5 bis 0,6%

Si Spuren

Cu maximal 0,3%

P maximal 0,03%

S maximal 0,03%

Rest: Eisen

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zur Herstellung von feinpulverisiertem Ferromangan, bestehend aus von einer Oxidhaut umgebenen Körnern, als Bestandteil der Umhüllungsmassen von Preßmantelschweißelektroden durch Abschrecken einer Ferromanganschmelze, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schmelze aus Ferro-0,10 bis 0,20

0,15

0,16

0,30 bis 0,50

0,41

0,40

0,30 bis 0,40

0,43

0,42

0,08 bis 0,12

0,08

0,08

0,07 bis 0,12

0,08

0,08

0,04 bis 0,10

0,03

0,04

mangan affine oder suraffine und gegebenenfalls gebranntem Kalk als Schlackenbildner bei Temperaturen von 1260 bis 1680 C mit — berechnet auf Ferromangan — 0,5 bis 3,5% Aluminium und/oder Silizium in Form von Ferrosilizium, Mangansilizium oder Aluminiumsilizium, jedoch höchstens 3% Silizium, als Desoxydationsmittel versetzt und mit Wasser, Wasserdampf oder Luft bei Drücken von 1 bis 12 atü zu glatten und abgerundeten, vorzugsweise kugeligen Ferromanganteilchen in Korngrößen von vorzugsweise bis zu etwa 0,6 mm und mit einem Gehalt von 70 bis 95% Mangan, bis 1,5% Kohlenstoff, 1,0 bis 5%, vorzugsweise 1,3 bis 3,0% Silizium, 0 bis 0,3% Aluminium und 1 bis 5%, vorzugsweise 2 bis 4% Sauerstoff in an sich bekannter Weise verdüst oder auf einem Granulierteller oder einer anderen geeigneten mechanischen Vorrichtung granuliert wird.

809701/1251