DE1608195C - Verfahren zur Herstellung von Ferrosilicium - Google Patents

Description

der Temperatur ganz wesentlich auf die Füllung, d. h. die herzustellende Ferrosiliciumlegierung ankommt.

Demgemäß ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von Legierungen auf Ferrosilicium-Basis zu schaffen, die bei der Verwendung als Zusatzstoff bei der Herstellung von Kugelgraphitguß ein Material mit hoher Zugfestigkeit ergeben.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß man a) Kalk oder Kalkstein in eine Gießpfanne einbringt, die mit basischem feuerfestem Material ausgekleidet ist, das eine minimale Menge an Siliciumoxyden enthält, b) die Pfanne erhitzt, bis die Temperatur der Äuskleidungsoberfläche auf etwa 1000⁰C erhöht ist, c) eine geschmolzene Ferrosiliciumlegierung in die Pfanne einbringt, d) das geschmolzene Metall in der Pfanne bei einer Temperatur von mindestens 1500° C hält, dem geschmolzenen Metall in der Pfanne eine Schüttelbewegung durch exzentrisches Rotieren der Pfanne erteilt, bis die Reaktion beendet ist, während man das geschmolzene Metall bei einer so hohen Temperatur hält, daß es nach Beendigung der Reaktion eine Temperatur von mindestens 1350° C aufweist und e) das geschmolzene Metall in eine Gußform gießt.

Bei diesem Verfahren wird das Schütteln an einem Punkt abgebrochen, an welchem die Farbe der Funken aus der Schmelze sich von Rot zu Bläulich-Weiß verändert, während die Schmelze bei der Temperatur von mindestens 135O°C gehalten wird und die Schmelze in eine Gußform gegossen wird, nachdem die Schmelze eine Weile lang stillstehen gelassen wurde.

Das durch das vorstehend beschriebene Verfahren erhaltene Produkt erfüllt die Erfordernisse für Ferrosilicium-Legierungen zur Verwendung als Zusatzstoff bei der Herstellung von Kugelgraphitguß. Gußeisen, die unter Verwendung einer derartigen Ferrosilicium-Legierung als Zusatz hergestellt wurden, besitzen eine Zugfestigkeit von 60 kg/mm^a, wenn sie gegossen werden bei einer minimalen Unregelmäßigkeit. Demgemäß ist es nach dem Verfahren der Erfindung möglich, eine ausgezeichnete Zusatzlegierung herzustellen, die es ermöglicht, Kugelgraphitguß mit hoher, gleichförmiger Zugfestigkeit herzustellen.

Um ein zufriedenstellendes Ergebnis bei dem Verfahren nach der Erfindung zu erhalten, muß das Verfahren unter Erfüllung folgender Bedingungen ausgeführt werden:

1. Feuerfestes Auskleidungsmaterial

Das zu verwendende feuerfeste Auskleidungsmaterial muß aus solchen basischen, feuerfesten Materialien ausgewählt sein, die minimale Mengen an Siliciumdioxyd und Aluminiumoxyd enthalten. In dieser Hinsicht ist es vorteilhaft, feuerfeste Materialien aus Magnesiumoxyd und von der Art des Dolomits, jedoch vorzugsweise keine gebrannten Steine aus Aluminiumoxyd, zu verwenden. Die Basizität des zum Auskleiden verwendeten feuerfesten Materials besitzt einen großen Einfluß auf die Fähigkeit zur Bildung von Kugelgraphitguß der herzustellenden Legierung, da die Verwendung eines kohlenstoffhaltigen Materials zur Einführung von Kohlenstoff — wenn auch in geringer Menge — in die herzustellende Legierung führt, mit dem Ergebnis, daß die Legierung nach dem Gießen dazu neigt, zerstört zu werden, obwohl keine Änderung in ihrer Fähigkeit zur Bildung von Kugelgraphitguß eintritt, wogegen bei einem sauren oder schwach basischen ρH-Wert-Bereich der Schlacke nach Beendigung der Reaktion keine zufriedenstellende Fähigkeit der Legierung zur Bildung von Kugelgraphitguß erwartet werden kann.

Die Verwendung eines basischen, feuerfesten Materials, z. B. vom Magnesiumoxyd-Typ macht es jedoch unvermeidlich, daß das Auskleidungsmaterial mit

ίο Silicium reagiert oder als schlackenbildendes Material wirkt. Um eine Erosion des Auskleidungsmaterials zu vermeiden, ist es daher bevorzugt, als Auskleidungsmaterial gebrannte Steine aus Magnesiumoxyd od. dgl., die unempfindlich gegen Erosion sind, an Stelle von gegen Erosion empfindlichen gießbaren Materialien zu verwenden.

2. Temperaturbedingungen

Die Temperatur der Schmelze nach Beendigung der Reaktion soll nicht unterhalb von 1350° C liegen. Bei Legierungen mit Schmelzpunkten von nicht unterhalb von 1350°C soll die Temperatur der geschmolzenen Legierung nach Beendigung der Reaktion nicht niedriger als der betreffende Schmelzpunkt sein und die Schmelze noch eine Temperatur aufweisen, bei welcher die geschmolzene Legierung eine beträchtliche Fließfähigkeit besitzt. Die Ergebnisse von Versuchen haben gezeigt, daß eine Legierung als Zusatzstoff mit einer gewünschten Fähigkeit zur Bildung von Kugelgraphitguß nicht bei einer Temperatur der Schmelze erhalten werden kann, die nicht höher als 1350⁰C liegt. Die Reaktion zwischen schlackebildendem Material und der Legierung auf Ferrosilicium-Basis gemäß der Erfindung ist stark endotherm, so daß die Temperatur der geschmolzenen Legierung während der Reaktion stark abfällt. Daher kann die Temperatur der geschmolzenen Legierung von 135O⁰C oder höher bei Vollendung der Reaktion nur dann eingehalten werden, wenn die geschmolzene Legierung bei einer Temperatur von mindestens 1500⁰C vor dem Schütteln gehalten wird. In dieser Hinsicht ist es, wenn eine Gußpfanne mit einer Kapazität von 11 oder einer geringeren Kapazität verwendet wird und eine geschmolzene Legierung bei einer Temperatur von 1700 bis 1800⁰C im Verlauf einer kürzeren Zeit als 10 Minuten in die Pfanne zu gießen ist, mindestens erforderlich, die Pfanne zuvor mittels Hilfsheizeinrichtungen einschließlich des eingeführten schlackebildenden Materials auf eine Temperatur von etwa 1000⁰C zu erhitzen.

Das Verfahren gemäß der Erfindung weist gegenüber dem bekannten Verfahren wirtschaftliche Vorteile in der Weise auf, daß das Verfahren innerhalb einer sehr kurzen Zeitdauer ausgeführt werden kann, daß der verfügbare Prozentsatz an Silicium bemerkenswert erhöht werden kann, da kein Silicium unwirtschaftlich durch Oxydation verbraucht wird, wie das bei dem bekannten Verfahren der Fall war, und daß die Heizenergie, welche bisher erforderlich war, nicht erforderlich ist wegen des Einführens von heißem Ferrosilicium. Das Verfahren gemäß der Erfindung ist insbesondere insofern vorteilhaft, als Legierungen auf Ferrosilicium-Basis, die es ermöglichen, Kugelgraphitguß mit einer Zugfestigkeit von 60 kg/mm^a oder darüber herzustellen, auf stabiler Basis erhalten

werden können und ferner, als bei Ausführung des Verfahrens unter den gleichen Bedingungen eine Veränderung des Wertes der Zugfestigkeit des mit Hilfe der hergestellten Legierung hergestellten Kugelgraphitgusses unter Berücksichtigung eines gewünschten Wertes auf ein Mindestmaß herabgesetzt werden kann, so daß Legierungen, die in der Lage sind, eine gewünschte Zugfestigkeit in dem damit hergestellten Kugelgraphitguß zu erzeugen, mit einem minimalen Prozentsatz an Ausschuß erzeugt werden können. Bisher wurde die Zugfestigkeit eines Kugelgraphitgusses durch tatsächliche Messung der Zugfestigkeit an einem Probestück festgestellt, das aus jedem Abstich entnommen wurde. Nach dem Verfahren gemäß der Erfindung ist ein derartiges Probeziehen nicht erforderlich, und die Herstellung kann mittels lediglich eines Steuerungsdiagramms geregelt werden. Infolgedessen können die Inspektionskosten wesentlich herabgesetzt werden.

Nachfolgend wird das Verfahren gemäß der Erfindung an Hand eines Beispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung, die mikroskopische Fotografien darstellt, welche die Strukturen der mit den gemäß der Erfindung hergestellten Legierungen gewonnenen Kugelgraphitgüsse zeigen, im einzelnen näher erläutert.

Beispiel

Das Verfahren gemäß der Erfindung wurde unter Verwendung einer mit Magnesiumoxydbrandsteinen ausgekleideten Gußpfanne mit einer Kapazität von 500 kg (berechnet auf Basis von Roheisen) ausgeführt. Zunächst wurde die Oberfläche der Auskleidung mittels eines Heizölbrenners 1 Stunde vor Ausführung des Verfahrens erhitzt. 15 Minuten nach Beginn der Erhitzung wurde ein schlackebildendes Material in die Gußpfanne eingebracht, und unmittelbar darauf wurde die Verbrennungstemperatur des Heizöls durch Einmischen von Sauerstoff in die Druckluft für den Brenner erhöht, um die Temperatur der Oberfläche der Auskleidung zu erhöhen. Als die Temperatur der Auskleidungsoberfläche über 1000⁰C erreicht hatte, wurde ein geschmolzenes Ferrosilicium

ίο in die Gußpfanne eingebracht. Der Brenner wurde entfernt, als die Menge des geschmolzenen Ferrosiliciums in der Gußpfanne etwa 300 kg erreicht hatte, und eine Vorrichtung zum Schütteln der Gußpfanne wurde dann unmittelbar in Bewegung gesetzt, um die Pfanne entlang eines horizontalen Kreises von 90 mm Durchmesser bei einer Geschwindigkeit von 92 Umdr./ Min. zu rotieren. Die Pfanne wurde auf diesem Weg in der Weise wechselweise bewegt, daß sie 7 Sekunden lang in eine Richtung und nach Stationärhalten während 1,5 Sekunden in der entgegengesetzten Richtung 7 Sekunden lang rotiert wurde. In der Zwischenzeit wechselte die Farbe der aus dem Inneren der Pfanne mit einem weißen Rauch heraussprühenden Funken von Rot zu Bläulich-Weiß, und die Bewegung der Pfanne wurde an diesem Punkt angehalten. Die Pfanne wurde stillgehalten, und nachdem die Oberflächenschicht der Schlacke fest geworden war, wurde die Pfanne geneigt, und die Schmelze wurde aus der Pfanne in eine Gußform durch ein durch den unteren Teil der fest gewordenen Schlacke gebohrtes Loch gegossen. Das vorstehend beschriebene Verfahren wui de unter Verwendung verschiedener schlackebildender Materialien in jeweils unterschiedlichen Mengen wiederholt, und die dabei erhaltenen Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle aufgeführt.

Kate- gorie	Ver such	S Vor der	Analyse ( Nach der	les geschm C Vor der	olzenen M( a Nach der	:talls (%) Vor der	U Nach der	Metall	Zusammensetzung (kg) Schlackebildendes Material	Aluminium oxyd	Fluorit
	Nr.	Be handlung	Be handlung	Be handlung	Be handlung	Be handlung	Be handlung	275	Ätzkalk	7,5	6,9
I	1	68,7	67,4	0,11	1,22	0,22	0,65	245	15,6	7,5	6,9
	2	71,0.	68,8	0,44	1,34	. 0,44	0,72	335	15,6	9	3
II	3	72,9	70,6	1,10	1,45	0,39	2,21	255	18	9	3
	4	67,2	68,5	0,88	1,36	0,64	1,96	235	18	Kohlen
III	5	64,5	64,4	0,08	0,88	0,40 '	1,48		18	stoff
										pulver 2
								350		Kohlen
	6	69,1	69,1	1,02	1,31	0,77	1,74		18	stoff
										pulver 2
								265		—	—
IV	7	70,2	71,4	0,32	1,52	0,82	0,98	290	20	—	—.
	8	71,8	71,4	0,31	0,55	0,60	0,58	275	20
V	9	71,8	71,0	0,38	0,52	0,67	0,59	275	10	—	—
	10	69,7	66,7	1,15	1,48	0,49	0,90	300	20	—	—
	11	68,7	67,4	1,48	1,48	0,74	0,96		Calcium-
									carbonat
								175	20	4,4	4,6
VI	12	71,2	69,6	1,01	1,23	0,68	1,34	109	11	5	—
	13	69,3	67,5	0,87	1,96	0,67	1,87	300	30	»	3
VII	14	98,5	97,5	0,15	0,90	0,10	0,53	310	20	—	3
	15	98,2	97,2	0,20	1,02	0,08	0,61.	20

	Versuch . Nr.	7	Schüttelzeit (Minuten)	Geschmolzenes MeU Vor der Behandlung	8	Zugfestigkeit (kg/mm2)
Kategorie	1 2	5 3	1580 1545	ill Temperatur (0C) Nach der Behandlung	72,4 74,0
ι	' 3 4	3 '5	1450 1510	1365 1380	56,2 60,2
II	5 6	2 5	1620 1590	1340 1360	69,3 61,7
III	7 8	4 4	1630 1600	1430 1400	73,5 70,7
IV	9 10 11	4 4 4	1570 1595 1650	1445 1440	65,2 63,7 63,9
■ ν	12 13		1470 1580	1430 1420 1380	52,4 35,5
VI	14 15	2 2	1580 1610	1370 1490	71,3 74,0
VII		1470 1480

Bemerkungen:

Nr. 12. Das geschmolzene Metall wurde 3 Minuten lang durch Einbringen von grünem Holz stark gerührt. Nr. 13. Das geschmolzene Metall wurde 5 Minuten lang durch Einbringen von grünem Holz stark gerührt.

Unter Verwendung der so hergestellten Legierungen wurden Kugelgraphitgüsse hergestellt, und die Zugfestigkeit der einzelnen Kugelgraphitgüsse wurde in der nachstehend beschriebenen Weise gemessen.

In einem basisch ausgekleideten Lichtbogenofen mit einer Kapazität von 50 kg wurden 50 kg Abfallstahl unter Zugabe einer solchen Menge Kohlenstoff eingeführt, daß der Kohlenstoffgehalt der Schmelze nach Entfernung der Schlacke auf einen Wert innerhalb des Bereiches von 3,8 bis 4% abfällt. Zu der Schmelze wurde ein basisches Flußmittel zur Reduktion und zum Feinern und anschließend 800 g einer zu untersuchenden Ferrosilicium-Legierung hinzugegeben. Das entstehende geschmolzene Metall wurde in dem Temperaturbereich von 1470 bis 1500⁰C gegossen. Das geschmolzene Metall wurde ferner in eine getrennte Gußpfanne in einer Menge von 10 kg gegossen, und nach Zugabe von 300 g der zu untersuchenden Ferrosilicium-Legierung hierzu wurde das geschmolzene Metall unmittelbar zu einem Stapelklotz mit einer Wanddicke von 40 mm vergossen, um ein Versuchsstück der Japanese Industrial Standards Nr. 4-Type herzustellen, an welchem die Zugfestigkeit des Kugelgraphitgusses gemessen wurde.

In der Tabelle wurden die Versuche in den Kategorien I bis einschließlich VI mit einem Ferrosilicium, das etwa 70% Silicium enthielt, und diejenigen in der Kategorie VII mit metallischem Silicium, das etwa 98% Silicium enthielt, ausgeführt. Die Versuche in Kategorie VI wurden unter starkem Rühren des geschmolzenen Metalls ohne Schütteln der Pfanne mit Hilfe von Gasen, die sich stark entwickelten, nachdem grünes Holz in das geschmolzene Metall gebracht wurde, ausgeführt. In diesen Fällen war die Zugfestigkeit der hergestellten Gußeisen nicht höher als 60 kg je mm², d. h. niedriger als diejenige der Gußeisen in den anderen Versuchen. Diese Tatsache beweist die Notwendigkeit des Schüttelns. Die Versuche Nr. 3 und 4 in Kategorie II sind repräsentativ für viele Versuche, durch weiche festgestellt wurde, daß eine Zugfestigkeit eines Gußeisens von 60 kg je mm² oder höher nicht erwartet werden kann, wenn die Temperatur des geschmolzenen Metalls nach Beendigung des Schüttelvorganges nicht höher als 1350⁰C ist. Die aus den Versuchen Nr. 1 und 6 erhaltenen Strukturen der Kugelgraphitgüsse werden in den mikroskopischen Fotografien der Zeichnung bei einer 120fachen Vergrößerung

gezeigt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

209 642/143

Claims (1)

1 2

solche Legierungen vorgeschlagen, die aus nicht mehr

Patentanspruch: als 90% Eisen und aus 10 bis 99% Silicium als Grund

bestandteile mit einer Zugabe von nicht mehr als

Verfahren zur Herstellung von Ferrosilicium- 4% Calcium, nicht mehr als 10% Aluminium, wobei Legierungen zur Verwendung als Zusatzstoff bei 5 der Gesamtwert des mit 10 multiplizierten Calciumder Herstellung von Kugelgraphitguß, g e k e η n- Prozentsatzes und des Aluminium-Prozentsatzes nicht zeichnet durch die folgenden, teilweise be- kleiner als 3 ist, nicht mehr als 0,05 % Kieselsäure oder kannten Verfahrensschritte, daß man Silicat und Verunreinigungen, die unvermeidlich in

derartige Legierungen eingeführt werden, zusammen-

a) Kalk oder Kalkstein in eine Gießpfanne ein- ¹⁰ gesetzt sind.

bringt, die mit basischem feuerfestem Material Die bei dem Verfahren der genannten japanischen

ausgekleidet ist, das eine minimale Menge an Patentschrift 300 442 verwendeten Ferrosilicium-Le-Siliciumoxyden enthält, gierungen wurden bisher dadurch hergestellt, daß man

b) die Pfanne erhitzt, bis die Temperatur der Aus- Stücke bzw. Brocken eines im Handel erhältlichen kleidungsoberfläche auf etwa 1000⁰C erhöht ¹⁵ Ferrosihciums in einen mit Magnesiumoxyd ausgej_st kleideten Heroult-Ofen einbringt, das Ferrosilicium in

, . ' . . „ ....... . dem Ofen unter Zugabe eines schlackebildenden

c) eine geschmolzene Ferros.licium-Legierung in _{Materials aus ÄtzkaIk) DpIomit und Fluorit schmilzt>}

die mnne einbringt, _{das gesc}h_moi_zene Ferrosilicium stillstehen läßt, die

d) das geschmolzene Metall in der Pfanne bei ₃₀ Schlacke entfernt und anschließend das geschmolzene einer Temperatur von mindestens 1500⁰C Ferrosilicium in eine Gußform gießt. Der mit den in hält, dem geschmolzenen Metall in der Pfanne der beschriebenen Weise erhaltenen Ferrosiliciumeine Schüttelbewegung durch exzentrisches Legierungen hergestellte Kugelgraphitguß besitzt eine Rotieren der Pfanne erteilt, bis die Reaktion Zugfestigkeit im Bereich von. 50 bis 80 kg/mm². Die beendet ist, während man das geschmolzene _a5 Zugfestigkeit variiert jedoch stark von Gußeisen zu Metall bei einer so hohen Temperatur hält, Gußeisen, und es ist äußerst schwierig, ein Gußeisen daß es nach Beendigung der Reaktion eine gleichförmig mit einer gewünschten Zugfestigkeit her-Temperatur von mindestens 135O⁰C aufweist, zustellen. Darüber hinaus war, da das Verfahren unter ^und Verwendung von kaltem Ferrosilicium als Ausgangs-

e) das geschmolzene Metall in eine Gußform gießt. 30 material hergestellt wurde, der Verlust an Silicium

infolge Oxydation während des Schmelzvorganges groß, wobei der verfügbare Prozentsatz an Silicium höchstens nur 90 % beträgt.

Versuche, unter Variierung der bekannten Verfahren

35 Ferrosilicium-Legierungen herzustellen, wobei man statt von kaltem von geschmolzenem Ferrosilicium ausging und eine mit Magnesiumoxydschicht ausge-

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur kleidete Gußpfanne anwendete, führten nicht zum Herstellung von Ferrosilicium-Legierungen zur Verwen- Erfolg, da die erhaltenen Legierungen einen Kugeldung als Zusatzstoff bei der Herstellung von Kugel- 40 graphitguß ergaben, dessen Zugfestigkeit in weiten graphitguß. Grenzen variierte und insgesamt zu niedrig war.

Es ist aus der deutschen Auslegeschrift 1 030 037 Ferner sind aus der deutschen Auslegeschrift

bekannt, bei der Durchführung von metallurgischen 1 270 822 Silicium-Zuschlaglegierungen bekannt, deReaktionen zwischen Metallschmelzen und festen, ' ren Funktionsfähigkeit davon abhängt, daß der flüssigen oder gasförmigen Reaktionsmitteln ein be- 45 Sauerstoffgehalt auf unter 0,004% begrenzt ist. wegtes Reaktionsgefäß (Schüttelpfanne) zu verwenden Zur Herabsetzung des Sauerstoffgehaltes auf einen und als Reaktionsmittel pulverisierten Kalk zuzu- derart niedrigen Prozentsatz sind äußerst aufwendige setzen. Dabei wirkt z. B. in Stahlbädern der Kalk als Maßnahmen erforderlich. Außerdem spielen bei dieser Mittel zur Entfernung von Verunreinigungen, insbe- bekannten Legierung andere Bestandteile, wie Mn und sondere zur Bindung von Kieselsäure. Auf diese Weise 50 Ca eine wesentliche Rolle.

kann man keine Ferrosilicium-Legierungen herstellen, Zur großtechnischen Herstellung von Kugelgra-

die sich zur Verwendung von gutem Kugelgraphitguß phitguß kommen diese bekannten Legierungen als eignen würden. Zusatzstoffe praktisch nicht in Betracht, da deren Herin der japanischen Patentanmeldung 24 212/64 ist stellung zu kompliziert ist und deren Funktionsweise die Herstellung von Kugelgraphitguß durch Zugabe 55 von zu vielen Variablen abhängig ist.
einer Ferrosilicium-Legierung beschrieben, das nur bei Schließlich sind aus der deutschen Auslegeschrift

speziellen Ca-; Al- und SiO₂-Gehalt zum Erfolg führt. 1 213 088 Brenner zum Trocknen und Beheizen von Über die spezielle Herstellung einer besonders gut Pfannen, Konvertern u. dgl. für den Transport und geeigneten Legierung ist dieser japanischen Patentan- zum Vergießen flüssiger Metalle bekannt. Danach soll meldung nichts zu entnehmen. 60 vor dem Füllen einer Pfanne eine Beheizung sowie

In der japanischen Patentschrift 300 442 ist ein Ver- ein Warmhalten der Form erforderlich sein, um das fahren zur Herstellung von Kugelgraphitguß be- Springen der Auskleidung beim Füllen der Pfannen schrieben, bei dem Eisenlegierungen mit Ferrosilicium zu verhindern. Hierbei ist eine Verfahrensführung, mit speziellen Gehalten, an Kohlenstoff in bestimmten unabhängig von der Art der Füllung, insbesondere der Anteilen verschmolzen werden. Jedoch ist nicht jedes 65 Zuschlagstoffe, vorgesehen. Eine solche Verfahrens-Ferrosilicium zur Verwendung bei diesem Verfahren führung ist zur Herstellung der nach der Erfindung geeignet. Als geeignete Ferrosilicium:-Legierungen vorgesehenen Ferrosilicium-Legierungen völlig ungewerden in der japanischen Patentanmeldung 24 212/64 eignet, da es hierbei unter anderen für die Einstellung