DE1508229C - Verwendung von nicht pyrophor!.m, pul verfbrmigem Eisenschwamm als metaliurgi scher Zusatz zu flussigem Gußeisen oder Stahlen - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrii'l die Verwendung von nicht Eisenerz hergestellt wird und 77 bis 99°/o freies bzw, pyrophorem, pulverförniigem Eisenschwamm als mc- in Form des Oxids FeO gebundenes Eisen enthält, tullurgischer Zusatz zu flüssigem Gußeisen odcrStilhlen, weist einen Gehalt an ausschließlich in der Form von Es geht dabei um das Erstarrenlassen unter gleich- FeO gebundenem Sauerstoff von 22 bis 0% auf. zeitiger Verbesserung des Gefüges, Entgasen und Rei- 5 Pulverförmiger Eisenschwamm, welcher sich besonnigen von flüssigem Gußeisen und Stahlen, z. B. bei ders zur Keimbildung von Roheisen und Stählen der Herstellung von Blöcken in Kokillen, durch Zusatz gemäß der Erfindung eignet, zeigt Eigenschaften, bestimmter und gelenkter Mengen eines reinen, pulver- welche mit ausreichender Genauigkeit innerhalb recht förmigen, nicht pyrophoren Eisenschwamms von enger Grenzen variiert werden können und dessen Ausgegebener Zusammensetzung, kristalliner Struktur und to wahl im wesentlichen eine Funktion der Natur des Korngröße in der Gießpfanne oder in den Gießformen Ausgangsstoffes und der bei seiner Herstellung angeselbst. wandten Verfahrensweisen ist. Ein derartiges Produkt,

Man hat zahlreiche Versuche vorgenommen mit dem welches in vorteilhafter Weise nach dem Verfahren, der

Ziel, das Kristallisieren des Gußeisens im Verlaufe der direkten Reduktion von Eisenerz hergestellt weirden

Erstarrung zu modifizieren durch Zusatz von Ferro- 15 kann, entspricht folgenden Kennzahlen:

silicium, Silico-Calcium, Silico-Mangan-Zirkonium ,

usw. in der Gießpfanne. Man beobachtet auf diese Chemische Analyse:

Weise eine Vervielfachung und Verfeinerung der Gesamtes Eisen 77,0 bis 99 ü/₀

Graphitteilchen, der austenitischen Körner und der ™^ö- " ^{D1S χυυ>υ /o}

eutektischen Zellen. Jedoch ist aus der Natur der ao „⁸„⁴ "''''. „. _o

zugesetzten Impfteilchen selbst diese Methode immer Jn. Zn, Cu, As ™™J5f*^{re SpUren}

der Ursprung heterogener Einschlüsse. ^n · · · · · — "'₀ ^u,^{4 /o}

Die Eisenhüttenindustrie hat ihrerseits analoge Ver- ς·'ς ^Γρ < 0 01 °/

suche mit dem Ziel ausgeführt, den Vorgang der al, b, P ·■■··· ^= ^u>^Ui /0

Abkühlung und der Kristallisation der in Kokillen 25 Sauerstoff (in Form

gegossenen Stähle und im besonderen der unberuhigten _ ^v°ⁿ ™°> .··· ^{υ D1S} ^·^{υ /o}

Stähle durch Zusatz verschiedener pulverförmiger Stickstoff und Wasser-Mittel, wie Metallspäne oder Eisenerz, zum Bad zu on Δΐ"η'ϋτ·η'" ^—nw modifizieren. Die Ergebnisse lassen keine eindeutigen ^blüi! + ^Ala°^{3 + llU}* ·' — ^/o Schlüsse zu, sei es, weil das Zusatzmaterial sich nicht 30 Physikalische Analyse

dem Bad einverleibt, sei es, weil der erhaltene Stahl Korngröße 40 bis 2000 Mikron

nach seiner Erstarrung als von unerwünschten Ein- (vorzugsweise 40 bis

Schlüssen verunreinigt befunden wird. 400 Mikron)

Es scheint, daß diese Mißerfolge in der Hauptsache Schüttdichte 2,3 bis 3,0 g/cm³

mit der Zusammensetzung der eingesetzten Impfstoffe 35 Effektive Dichte 6,0 bis 7,2 g/cm³

und mit dem makroskopischen Maßstab ihrer Partikelabmessungen zusammenhängen, welcher sich ober- Die den Bädern von flüssigem Gußeisen oder Stahl halb jenes der Elementarkristalle des entstehenden zugefügte Menge an Impfstoff kann je nach seinem Gefüges befindet. Gehalt an FeO bis 5 Gewichtsprozent reichen, womit

Aufgabe der Erfindung ist daher das Auffinden eines 40 die erwünschten Eigenschaften des Endprodukts vari-

Zusatzmittels zur Behandlung von flüssigen Gußeisen iert werden können.

und Stählen, das nicht zu unerwünschten Einschlüssen Der Zustand der feinen Verteilung des Eisen-

ins Gefüge führt, jedoch gleichzeitig eine Reinigung schwamms verleiht dem in Form von FeO gebundenen

und Entgasung der Schmelze und eine Verfeinerung Sauerstoff ebenso wie der Luft, welche in den inikro-

des Gefüges bewirkt. 45 skopischen Hohlräumen der Körncnen eingeschlossen

Erfindungsgemäß wurde festgestellt, daß man bei ist, eine außerordentliche Reaktionsfähigkeit gegen-Ersatz der früher verwendeten Impfstoffe durch Eisen- über oxydierbaren Elementen und nicht gebundenen, schwamm von großer Reinheit und passend festge- gelösten Gasen in den flüssigen Gußeisen- oder Stahllegten Eigenschaften überraschende Ergebnisse und bädern. Ferner erlaubt die sehr hohe Porosität und die Produkte von außerordentlicher Qualität durch die 50 geringe Körnchengröße des Impfstoffes durch die feine tiefgreifende Modifikation des Abkühlens und des Verteilung in sehr gleichmäßiger Form die Abküh-Kristallisierens der behandelten Gußeisen und Stähle lungsgeschwindigkeit und die Kristallisation der erhält. Schmelze in derGesamtheit ihrerMassezu beeinflussen.

Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung von Schließlich besitzen die porösen Körnchen, welche aus nicht pyrophorem, pulverförmiger!! Eisenschwamm, 55 einem Netzwerk von Atomen nach dem kubisch zender 99% freies Elisen oder Eisen(Il)-oxid oder eine trierten Kristallsystem bestehen, angesichts "hrer struk-Mischung aus freiem Eisen und Eisen(ll)-oxid und als turcllen Analogie mit dem Hauptbestandteil der Rest Verunreinigungen enthält und eine Schüttdichte Schmölze eine keimbildende Wirkung einmal durch die von 2,3 bis 3,0 bei einer Größe der porüseu Körnchen Epitaxie (gesetzmäßig orientierte Kristallverwachsunvon 40 bis 2000 Mikron aufweist, als metallurgischer 60 gen) im Laufe der Erstarrung sowie durch die Verände-Zusat/. in der Pfanne oder in der Gießform bei flüssigem rung der Konzentration der Schmelze in der Nachbar-Gußeisen oder Stählen zur Reinigung und Entgasung schaft jedes Impfkörnchens.

der Schmelze und zur Verfeinerung des Erstarrungs- Unter den speziellen Wirkungen, welche das Ergeb-

gefüges mit der Maßgabe, daß zur Behandlung von nis einer derartigen Behandlung sind, muß man an Stählen mit KohlcnstoffguliakenuntcrO,05derSchmclzc 65 erster Stelle die Entgasung des Gußeisens und der

zusammen mit dem Eisenschwamm fein zerteilter Koh- Stühle nennen. Es ist bekannt, daß Gußeisen und der

lenstoff zugegeben wird. Der eriindunf;sgcmäß ver- Großteil der Stähle einen bestimmten Anteil an Gas in

u»-nili!it; Eisenschwamm, welcher durch Reduktion von Lösung enthalten, insbesondere Wasserstoff und Stick-

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stoff. Im Augenblick der Zuführung bestimmter Men- nitrid und zum Erzielen einer woniger verunreinigten gen Eisenschwamm in das flüssige Bad zerfallen die Oberfläche beiträgt,

porösen Körnchen «ponton angesichts der äußerst Die Technik der Impfung zur Keimbildung ermög-

heftigen Ausdehnung der Luft, welche sie einschließen. licht das Gießen von Gußblöcksn aus unberuhigtem

Die starke Teilchenzerteilung, welche sich darausergibt, 5 Stahl aus einer Höhe, welche den als unumgänglich

erlaubt die sofortige Umsetzung.der FeO-Teilchen des betrachteten Wert von 1,8 bis 2 Metern überschreitet,

Pulvers mit dem Kohlenstoff des Bades gemäß der ebenso wie das kontinuierliche Gießen zu Strängen

Reaktion oder Brammen.

FeO -j- C — Fe + Co — 37 9 kcal ^'° ^" ^o|benangegebenen Merkmalenentsprechende

' ' jo Impfung zeigt als weitere Wirkung, daß in einer sehr

Der endotherme Charakter der Reaktion in Ver- vorteilhaften Weise die Gußeisen-oder Stahlschmelzen, bindung mit der Massenabkühlung, welche der Impf- auf welche siie angewandt wird, gereinigt werden. Tatstoff hervorruft, bewirkt eine merkliche Herabsetzung sächlich belinden sich nichtmetallische Bestandteile, der Löslichkeit der gelösten Gase, und die Kohlen- welche sie in sehr geringer Konzentration enthalten, oxidbläschen nehmen beim Aufsteigen zur Oberfläche 15 wie z. B. SiO₈ und Al₂O₃, in dem Medium im statu durch die Turbulenz einen bedeutenden Anteil des nascendi sowie außerordentlich fein zerteilt. Da sie Gases mit. unter den Bedingungen der Behandlung unschmelzbar

Im Falle von Stählen mit sehr niedrigem Kohlen- sind, steigen sie wegen der Schwere sehr schnell zur

stoffgehalt muß man die Entgasung bewirken, indem Oberfläche, wobei sie einen wesentlichen Anteil der

man mit dem Impfprodukt feinzerteilten Kohlenstoff ao Verunreinigungen, welche sich in der Schmelze befin-

zufügt, um die Reaktionen einzuleiten. Wenn man den, mitreißen.

jedoch die erfindungsgemäße Behandlung auf halb- Der Einfluß der Impfung auf die Entgasung und die

weiche Stähle anwendet, wie die unberuhigten Stähle Verarmung der Bäder an Kohlenstoff und Silicium hat

zum Tiefziehen, die Stähle mit hoher magnetischer in gleicher Weise eine grundlegende Veränderung der

Permeabilität oder bestimmte legierte Stähle des auste- »5 Härte und ihrer Tiefe im Falle von Hartguß und melier-

nitischen Nickel-Chrom-Typs 18/8, bei welchen es im tem Guß beim Gießen in die Kokille zur Folge. Man

Hinblick auf die Gefahren der Überoxydation schwie- beobachtet beispielsweise eine geringfügige Tiefe der

rig ist, den Kohlenstoffgehalt auf Werte unterhalb von gehärteten Schicht bei einer Zugabe von 1,5 Gewichts-

0,05 % zu senken, erlaubt es die außerordentliche prozent Eisenschwamm besonderer Teilchengröße,

Reaktionsfähigkeit des Eisenpulvers gegenüber dem 30 welche sich zwischen 40 und 400 Mikron befinden und

Kohlenstoff unter hervorragenden Bedingungen gleich- dessen Gehalt an FeO 24% beträgt,

zeitig zur Entgasung und zur Entkohlung zu gelangen, Unter de:n besonderen Wirkungsweisen der erfin-

ohne daß die anderen Bestandteile der Schmelze, dungsgemäßen Verwendung muß schließlich der außer-

insbesondere das Silicium und das Mangan, beeinflußt ordentlich bedeutsame Einfluß der Impfung auf das

werden. 35 kristalline Gefüge der Gußeisen und Stähle selbst

Wie weiter oben gezeigt, ruft auf diese Weise jedes erwähnt werden.

poröse Impfstoffkörnchen, welches durch die Zertei- So ist es durch diese Verwendung möglich, die Ferritlung der pulverförmigen Aggregate in Freiheit gesetzt bildung der Gußeisen oder die teilweise Umwandlung wird, die Einteilung einer Kristallisation hervor, durch von Austenit zu Ferrit in den Stählen hervorzurufen, die Auswirkung der Massenabkühlung, die Änderung 40 insbesondere bei den Abstufungen mit niedrigem Kohder Eisenkonzentrati^n in der Nachbarschaft des Teil- lenstoffgehalt und hohem Siliciumgehalt, welche zur chens und ein von letzterem ausgehendes geordnetes Herstellung von Magnetblechen bestimmt sind, deren Kristallwachstum. Der fein zerteilte Zustand des Eisen- Warmsprödigkeit und innere Spannungen in beträchtpulvers wirkt demnach positiv auf die Keimbildungs- licher Weise vermindert werden und deren magnetische Geschwindigkeiten und das Keimwachstum, wodurch 45 Permeabilität deutlich verbessert wird,
es dem Endprodukt ein feineres Gefüge in den schwä- Die ferritbildende Wirkung des Eisenschwamms auf cheren Zwischenräumen tischen den Kristallen ver- Gußeisen ist die Folge der Abscheidung einer bestimmleiht, entsprechend dem , chlen der Mikroporosität. ten Menge Stickstoff und Wasserstoff, da diese Gase Der Vorgang der Kristallisation in Form von Dendriten Stabilisatoren der Kohlenstoffverbindungen des Eisens findet sich grundle^nd durch die Verkürzung der 50 in der Form des Zementits oder des Perlits darstellen. Kristallisnti- nszonc . r modifiziert; das Endprodukt So bewirkt bei eutektischem Gußeisen mit lamollarem ist gleichmäßiger und weniger inneren Spannungen Graphit und perlitischer Matrix, eine Impfung mit unterworfen. 1,5 Gewichtsprozent reinem Eisenschwamm mit 24°/₀

Bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Ver- FeO die unmittelbare Bildung von 12 bis mehr als

fahrens auf unberuhigte Stähle stellt man fest, daß die 55 20% Ferrit je nach der Arbeitstemperatur. DieBehand-

Turbulenz—heftiger, jedoch von viel kürzerer Dauer— lung ist noch wesentlich wirksamer, wenn man sie an

eine bessere periphere Abkühlung und eine schnellere Kugelgraphiteisen ausführt, da in diesem Fall die

Abgabe der gelösten Gase erlaubt. Beispielsweise wurde Ferritbildung in einem solchen Ausmaß erleichtert

im Verlauf des Gießens von 5 Tonnen-Gußblöcken wird, daß in zahlreichen Fällen eine Wärmebehandlung

eine Verringerung der Dauer der Turbulenz von einem Co zur Ferritbildung mit ihren Gefahren einer Verformung

Drittel bis einem Viertel beobachtet, dank der Zugabe nicht mehr erforderlich ist.

von 1,5 Gewichtsprozent Impfstoff, welcher 28% FeO Im Gegensatz dazu erlaubt die Impfung von schwar-

und 71,5% metallisches Eisen enthielt, und eine Ver- zein Temperguß und insbesondere von Gußeisen mit

ringeruiip, von der Halite bis zwei Drittel bei Zusätzen Kugelgraphit nicht, die thermische Ferritbildungs-

von 2%. im übriger erlaubt die Verwendung des 65 behandlung wegzulassen; jedoch verkürzt sie deren

Zugabemitiels die Mengen an Aluminium einzu- Dauer um ein Drittel oder die Hälfte dank der mcrk-

schränkc;i, w s /i>·· Herabsetzung des Sprödigkeit liehen Verbesserung der Neigung zur Ferritbildung,

'dcn Geh.lis des Metalls an Aluminium- welche die Behandlung diesen Produkten verleiht.

Ganz ungemein /.eigen Stücke aus mit Eisenschwamm behandeltem Gußeisen ein homogenen;» Gefüge, auch ist clio Gefahr für dus Auftreten von Rissen, Gasbläschen und unerwünschten Einschlüssen vermindert.

Unter den zahlreichen Ergebnissen, welche in der Gießerei erzielt wurden, sei beispielsweise erwähnt: Die Verbesserung der Qualität von Walzwerkwalzen aus gelu'litetem, gewöhnlichem oder legiertem Gußeisen, von Walzen und Rädern aus gewöhnlichem gehärtetem Gußeisen sowie halbharten und dreiviertel- iu harten Walzen, Für das Formgießen dieser Produkte wurde Gußeisen verwendet, welches erfindungsgemäß mit 3 Gewichtsprozent Eisenschwamm mit 24% FeO-Gehalt, dessen mittlere Korngröße zwischen 40 und ('()() Mikron lag, geimpft wurden. Unabhängig von der »5 analytischen Zusammensetzung des verwendeten Gußeisens stellte man eine deutliche Verminderung von Rissen und Nadelstichporen fest, ebenso wie eine Erhöhung der Härte der Arbeitsfläche und der Biegefestigkeit.

Eine weitere vorteilhafte Anwendung der vorliegenden Erfindung betrifft das Vermindern der Ausscheidungen im Kopfteil großer Blöcke aus unberuhigtem Stahl.

Blöcke aus unberuhigtem Stahl weisen interessante Tief/ich- und Drahtzieh-F.igenschaftcn auf, jedoch treten unerwünschte Ausscheidungen bestimmter Elemente auf, wie Kohlenstoff, Mangan und Schwefel, wobei diese letzteren in dem Maße an Bedeutung gewinnen, als die Masse vergrößert wird. Durch Zugabe von Aluminium oder bei mechanischer Abdeckung wird diese Erscheinung in nennenswerter Weise beschränkt, aber man erhält doch nur verminderte Qualitäten, insbesondere hinsichtlich Schweißbarkeit und Ticfzichfähigkcit.

Erlindungsgemäß wurde festgestellt, daß die Vorteile des iinbcruhigten Stahls erhalten und dessen Nachteile \ermieden werden können, indem man dem Gußblock im Zuge der Erstarrung eine spezielle Menge Eisenschwamm in PuUerforin von gegebenen FeO-Gehalt einverleibt.

Der verzögerte Zusatz des reinen Eisenschwamms zur Masse hat ein Wiederaufleben de: Turbulenz zur Folge, da die Reaktion des in Form des Oxids FeO zur Verfügung stehenden Sauerstoffs mit den ausgeschiedencn Elementen, an denen der noch flüssige Anteil des Blocks angereichert ist, eintritt. Gleichzeitig wird die Konvcktionsströmung beschleunigt, wobei die Zone der Stcngelkristallisation und die sekundären Gußblascn gegen das Zentrum des Blocks gitrieben werden. Sie reicht in eine ziemlich große Tiefe des Blocks dank der Thermosiphonwirkung, welche sich aus dem endothermen Charakter der Umsetzungen und der Absorption der Wärme durch den dem Bad zugeführten, kalten Eisenschwamm ergibt, wobei Gas-Waschen und gegebenenfalls Einschlüsse in Richtung zum Kopfteil mitgenommen werden. Aus dergegcbencn Struktur des Eisenschwammes entwickelt sich der Rcaktionsoblauf mit großer Geschwindigkeit, und d'e reinen Eisenkörnchen wirken anschließend als homogene Keime, so daß dl« beschleunigte Erstarrung ohne eine Vergrößerung de:r austenitischen Körner erfolgt und keine Ausscheidung eintritt, da sich das Material in seinem gegebenen Zustand verfestigt.

Die Menge an verwendetem Eisenschwamm kann bis zu 5 Gewichtsprozent des Gußblocks, gemäß dem FeO-Gehalt, reichen. Man erhält jedoch ausgezeichnete Ergebnisse mit wesentlich geringeren Mengen in der Größenordnung von 0,2 bis 0,7%. Wenn man beispielsweise 0,5 Gewichtsprozent eines Schwamms, welcher 36,3% Eisenoxid enthält, einem Stahl-Gußblock von 5 Tonnen 8 Minuten nach dem Guß zufügt, stellt man im Kopfteil des Gußblocks eine Verminderung um 0,02% Kohlenstoff, 0,1% Mangan und 0,01 % Schwefel und folglich eine verbesserte Homogenität der Masse fest. Die Gesamtdauer der Erstarrung wird um ein Viertel bis ein Drittel vermindert.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Verwendung von nicht pyrophorem, pulverförmigem Eisenschwamm, der 99% freien Eisens oder EiscnOl)oxid oder eine Mischung aus freiem Eisen und Eisen(ll)-oxid und als Rest Verunreinigungen enthält und eine Schüttdichte von 2,3 bis 3,0 bei einer Größe der porösen Körnchen von 40 bis 2000 Mikron aufweist, als metallurgischer Zusatz in der Pfanne oder in der Gießform bei flüchtigem Gußeisen oder Stählen zur Reinigung und Entgasung der Schmelze und zur Verfeinerung des Erstarrungsgefüges mit der Maßgabe, daß zur Behandlung von Stählen mit Kohlenstoffgehalten unter 0,05% der Schnulze zusammen mit dem Eisenschwamm fein zerteilter Kohlenstoff zugegeben wird.

2. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Körnchengröße zwischen 40 und 400 Mikron beträgt.

3. Verwendung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Eisenschwamm in Abhängigkeit seines FeO-Gehaltcs in einer Menge von höchstens 5 Gewichtsprozent der Schmelze zugegeben wird.

4. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Eisenschwamm den Gußeisen- und Stahlschmelzen im Falle des kontinuierlichen Vergießens kontinuierlich, im Falle des Standgusses auf einmal zugefügt wird.

5. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man bei Zugabe des Eisenschwamms zu nicht beruhigten Stählen eine verringerte Menge an Regler-Aluminium der Schmelze zusetzt.

6. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Eisenschwamm zur Herstellung von Blöcken aus unbcruhigtcm Stahl im Verlaufe der Erstarrung zugesetzt wird.