DE1758004C

DE1758004C - Use of silicon dioxide as a nucleating melt additive in cast iron

Info

Publication number: DE1758004C
Application number: DE19681758004
Authority: DE
Inventors: Heinz Ulrich Dipl Ing 6360 Friedberg Doliwa
Original assignee: Deutsche Gold und Silber Scheideanstalt
Current assignee: Evonik Operations GmbH
Filing date: 1968-03-20
Publication date: 1972-12-28

Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung von synthetischem feinteiligem Siliziumdioxid als dosierten keimbildenden Schmelzzusatz bei vorher überhitzten Schmelzen zur Herstellung von Gußeisen, wobei sie ein»¹! feinkörnige Erstarrung der Gußeisenschmelze bei gleichzeitiger feinverteilter Graphitausscheidung ermöglicht und zu Gußstücken mit höheren Festigkeiten ohne Steigerung der Härte führt.The invention relates to the use of synthetic finely divided silicon dioxide as a dosed, nucleating melt additive in previously overheated melts for the production of cast iron, whereby it has a » ¹ ! allows fine-grained solidification of the cast iron melt with simultaneous finely divided graphite precipitation and leads to castings with higher strengths without increasing the hardness.

Für die Eigenschaften von Gußeisen ist einerseits die Ausbildung des Graphits, andererseits das Gefüge der metallischen Grundmasse von ausschlaggebender Bedeutung. Beide sind wesentlich von der Analyse sowie von den Schmelz-, Gieß- und Abkühlungsbedingungen abhängig. Für das Verständnis der Kristallisationsvorgänge in Gußeisen ist zu beachten, daß die durch die üblichen Gehalte des Gußeisens an Silizium und Phosphor bedingten Abweichungen gegenüber dem Eisen-Kohlenstoff-Zustandsschaubild nicht mehr — wie etwa beim Kohlenstoffstahl — zu vernachlässigen sind. Man muß vielmehr die entsprechenden Drei- und Mehrstoff-Zustandsschaubilder, insbesondere das Eisen-Kohlenstoff-Silizium- und das Eisen-Kohlenstoff-Phosphor-Zustandsschaubild, mit heranziehen. Für die Kristallisation des Graphits aus der Schmelze ist die Feststellung des unter- oder übereutektischen Zustandes des betreffenden Gußeisens von wesentlicher Bedeutung.The properties of cast iron depend on the one hand on the formation of the graphite and on the other hand on the structure the metallic matrix is of crucial importance. Both are essential to the analysis as well as depending on the melting, pouring and cooling conditions. For understanding the crystallization processes In cast iron it should be noted that the silicon content of the cast iron and phosphorus-related deviations compared to the iron-carbon phase diagram are not more - such as with carbon steel - are negligible. Rather, one has to find the appropriate Three- and multicomponent state diagrams, especially the iron-carbon-silicon and the iron-carbon-phosphorus phase diagram, with draw. For the crystallization of the graphite from the melt, the determination of the under or hypereutectic state of the cast iron in question.

Bei lamellarer Graphitausbildung tritt der Graphit in der Regel in Form von mehr oder weniger groben, unregelmäßig gekrümmten Blättchen auf, die häufig in Nestern angeordnet sind.In the case of lamellar graphite formation, the graphite usually occurs in the form of more or less coarse, irregularly curved leaflets, which are often arranged in nests.

Der Grund für die Neigung zu grobblättriger Ausbildung des Graphits im Eutektikum ist darin zu sehen, daß der Graphit, welcher die führende Kristallart im Eutektikum darstellt, in seiner kristallisation stark von Keimwirkungen beienflußt wird.The reason for the tendency towards coarse-leaved formation of graphite in the eutectic is to be seen in that graphite, which is the leading type of crystal in the eutectic, is in its crystallization is strongly influenced by the effects of germs.

Bekanntlich verursachen metallische, in Schmelzen lösliche Beimengungen Änderungen der Korngrößen im Sinne einer Kornverfeinerung oder auch Konivergrößerung im erstarrenden Metall. Im Grundmetall unlösliche Fremdelemente, metallische oder nichtmetallische Verbindungen erscheinen im Endprodukt als besondere Phase in Form von an den Korngrenzen oder innerhalb der Körner des Grundmetalls angeordneten Kugeln, Kristalliten oder Häutchen. Die feindispersen unlöslichen Bestandteile wirken dann vielfach als anregende Keime, addieren ihre Wirkung den gegebenenfalls bereits vorhandenen Keimen hinzu und wirken kornverfeinernd. Als impffähige Fremdkeime können sowohl metallische Ausscheidungen als auch nichtmetallische Einschlüsse (Oxide, Nitride, Sulfide, Silikate usw.) in Frage kommen.It is known that metallic admixtures which are soluble in melts cause changes in the grain sizes in the sense of a grain refinement or a cone enlargement in the solidifying metal. In the base metal insoluble foreign elements, metallic or non-metallic compounds appear in the final product as particular phase in the form of those located at the grain boundaries or within the grains of the base metal Spheres, crystallites or membranes. The finely dispersed insoluble constituents then act often as stimulating germs, their effects add to the germs that may already be present and have a grain-refining effect. Both metallic precipitates can be used as foreign germs that can be vaccinated as well as non-metallic inclusions (oxides, nitrides, sulfides, silicates, etc.) are possible.

Für die Ausbildung des Graphits ist auch die metallurgische Vorbehandlung der Schmelze vor demThe metallurgical pretreatment of the melt is also necessary for the formation of the graphite

to Vergießen von wesentlicher Bedeutung. Der Grund hierfür liegt darin, daß durch die Überhitzung die Kristallisationskeime in verstärktem Maße in Lösung gebracht werde. Das führt zu einer stärkeren Unterkühlung und damit zu einer Graphitverfeinerung.to potting is essential. The reason for this is that the overheating causes the Crystallization nuclei are brought into solution to a greater extent. This leads to increased hypothermia and thus to a graphite refinement.

Zur Herstellung hochwertiger Gußeisensorten, welche sich insbesondere für heute immer häufiger verwendete dünnwandige Produkte eignem, ist die feinkörnige Erstarrung und feinverteilte Graphitausscheidung der Schmelze in besonderem Ausmaß er-For the production of high-quality cast iron types, which are becoming more and more common, especially today The fine-grained solidification and finely divided graphite precipitation is characteristic of the thin-walled products used the melt to a particular extent

ao forderlich.ao necessary.

Es sind zahlreiche Verfahren, welche auf den Grundlagenarbeiten von E. Piwowarsky und Mitarbeitern beruhen, bekannt, nach einer Überhitzung der Schmelze durch dosierte Zugabe geeigneterThere are numerous procedures which are based on the basic work by E. Piwowarsky and Employees are known to be based on overheating of the melt through metered addition of suitable

Keimbildner Gußeisenschmelzen zu einer feinkörnigen Erstarrung und feinverteilten Graphitausscheidung zu bringen. Diese durch Überhitzen und Impfen gekennzeichnete Schmelzbehandlung führt zu hochfesten Gußeisensorten mit guter Bearbeitbarkeit.Nucleating agents Cast iron melts to a fine-grain solidification and finely divided graphite precipitate bring to. This melt treatment, characterized by overheating and inoculation, results in high strength Cast iron grades with good machinability.

Als Impf mittel verwendet man vorwiegend FeSi. CaSi oder andere Mischlegierungen auf Siliciumbasis, welche lose gekörnt oder in abgepackter Form der Schmelze zugesetzt werden. Diese Impfmittel wirken desoxydierend und teilweise auch entschwefelnd undFeSi is mainly used as an inoculant. CaSi or other mixed alloys based on silicon, which are loosely granulated or added to the melt in packaged form. These vaccines work deoxidizing and partly also desulfurizing and

verbessern die eutektische Struktur des Gußeisens. Die Zusatzmengen betragen im allgemeinen z. B. 4 kg Kalzium-Silizium pro Tonne Eisen. Den hohen Ansprüchen der modernen Gießtechnik genügen die bekannten Zusatzstoffe bei der Impf-Schmelzbehandlung jedoch nicht immer, da infolge der Uneinheitlichkeit der Teilchengröße der Zusatzstoffe und des unterschiedlichen Verbrauchs für Desoxydationsund Entschwefelungsvorgänge die Bildung möglichst zahlreicher lokaler Kristallisationszentren begrenzt ist und deshalb die entstehenden Graphitlamellen unterschiedliche Größenanordnungen aufweisen.improve the eutectic structure of cast iron. The additional amounts are generally z. B. 4 kg Calcium silicon per ton of iron. The known ones meet the high demands of modern casting technology However, additives in the inoculation melt treatment are not always due to the non-uniformity the particle size of the additives and the different consumption for deoxidation and Desulfurization processes limit the formation of as many local crystallization centers as possible is and therefore the resulting graphite flakes have different sizes.

Alle bisher bekanntgewordenen und in der Praxis verwendeten Impfmittel erleiden einen starken Abklin^effekt der Impfwirkung mit der Zeit. Die Folge davon ist, daß beim Vergießen größerer Pfanneninhalte von geimpftem Eisen die zuerst abgegossenen Gußstücke bessere Festigkeitseigenschaften aufweisen als die zuletzt abgegossenen, bei denen infolge der längeren Gießdauer der Impfeffekt bereits voll-All known so far and in practice The inoculants used suffer a strong declining effect of the inoculation effect over time. The consequence of this is that when larger pan contents of inoculated iron are poured, the first poured off Castings have better strength properties than the last cast, where as a result the longer casting time, the inoculation effect is already fully

ständig oder erheblich abgeklungen war. Diese bekannte Tatsache hat zu dem Verfahren der Impfung des Eisens in der Gießform geführt, das aber auch verschiedene Nachteile, z.B. durch Schlackeneinschlüsse in den Gußstücken, mit sich bringt.had subsided continuously or significantly. This well-known Fact has led to the process of inoculating the iron in the mold, but that too various disadvantages, e.g. due to slag inclusions in the castings.

Es wurde auch schon vorgeschlagen und versucht, Siliziumdioxid als solches in pulvriger, feinvermahlener Form als keimbildenden Schmelzzusatz für Gußeisen zu verwenden. Eine Verbesserung des Impfeffektes hierdurch konnte jedoch nicht nachgewiesenIt has also been proposed and attempted to use silicon dioxide as such in powdery, finely ground Form to be used as a nucleating melt additive for cast iron. An improvement in the vaccination effect however, this could not be proven

6s werden.6s will be.

Die Erfindung geht daher von der Aufgabenstellung aus, fUr die dosierte Zugabe von keimbildenden Schmelzzusätzen in die Schmelzen ein Impfmittel zuThe invention is therefore based on the object for the metered addition of nucleating agents Melt additives add an inoculant to the melt

verwenden, mittels welchem durch besondere Aus- effektes nach dem erfindungsgemäßen Verfahren äu-use, by means of which by special effects according to the method according to the invention

wahl der Keimbildner möglichst viele lokale Kristalli- ßert sich darin, daß die unmittelbar nach dem Imp·The choice of nucleating agents as many local crystallisers as possible results in the fact that the immediately after the imp

sationszentrcn und damit feinverteflter Graphit gebil- fen, nach 5, 10, 20 und 30 Minuten nach dem Imp-centered and thus finely dispersed graphite, after 5, 10, 20 and 30 minutes after the impregnation

det werden. fen vergossenen Proben annähernd die gleichen Fe-be det. encapsulated samples have approximately the same

AIs Lösung der Aufgabe schlägt die Erfindung die 5 stigkeitswerte und Härten haben.
Verwendung von auf pyrogenem Wege in der Gas- Es wurde gefunden, daß zur Durchführung des phase oder durch Naßfällung gewonnenem Silizium- Verfahrens bereits Zusatzmengen von nur 10 bis dioxid mit einer Teilchengröße von 5 bis 100 Nano- 100 g SiO₂ pro Tonne Gußeisen ausreichen, um die meter als dosierter keimbildender Schmelzzusatz zur erstrebte Wirkung zu erzielen. Daß so geringe Zusatz-Herstellung von Gußeisen vor. Dieses Siliziumdioxid xo mengen für die erstrebte Wirkung ausreichen, ist erfüllt infolge semer Feinteiligkeit in besonderer ebenfalls durch die Feinheit des Siliziumdioxids als Weise die Forderung, daß die Keime möglichst viele Keimbildner zu erklären sowie dadurch, daß im Gelokale Kristallisationszentren bilden und dem Gitter- gensatz zur bekannten Zugabe von CaSi oder FeSiaufbau der Metallkristalle entsprechen. Es entsteht Legierungen keine unkontrollierbare Bildung von ein Gefüge mit feinverteiltem Graphit, wobei darüber 15 Desoxydations- oder Entschwefelungsprodukten hinaus die Graphitausscheidung so wesentlich geför- stattfindet.As a solution to the problem, the invention proposes the 5 strength values and hardnesses.
Use of pyrogenic in the gas It has been found that for the implementation of the silicon process obtained by phase or by wet precipitation, additions of only 10 to dioxide with a particle size of 5 to 100 nano 100 g SiO ₂ per ton of cast iron are sufficient, in order to achieve the desired effect as a metered, nucleating melt additive. That so little additional production of cast iron before. This silicon dioxide xo quantities are sufficient for the desired effect, is met due to its fine division in particular, also by the fineness of the silicon dioxide as a way, the requirement that the nuclei explain as many nucleating agents as possible and by the fact that crystallization centers form in the gel and the lattice opposition to the known addition of CaSi or FeSia structure of the metal crystals. Alloys do not result in an uncontrollable formation of a structure with finely divided graphite, in addition to which deoxidation or desulphurisation products significantly promote graphite precipitation.

dert wird, daß die durch bevorzugte Wärmeabgabe an Im nachstehenden Beispiel wird das Verfahren nä-changes that the preferred heat dissipation to In the following example the method is

den Kanten ei<TS Gußstückes hervorgerufene Kan- her beschrieben: SUiziumdioxid mit einer Teilchen-the edges of the casting are described: silicon dioxide with a particle

tenhärte, die zu Bearbeitungsschwierigkeiten führt, größe von 5 bis 100 mn wird in einer Menge vonhardness, which leads to machining difficulties, size from 5 to 100 mn is used in an amount of

verschwindet." 20 etwa 100g/t Schmelze in Form eines abgepacktendisappears. "20 about 100g / t melt in the form of a packaged

Die Anwendung des Siliziumdioxids mit einer Teil- Zusatzes in einer Blechdose, welche roch ein Treibchengröße von 5 bis 100 mm verhindert den Abkling- mittel enthält, in die Gießpfanne gegeben. Damit sich effekt wenigstens bis zu einer Gießdauer von 30 Mi- das SiO₂ gut über den gesamten Pfanneninhalt vernuten nach dem Impfen mit Sicherheit Als Ursachen teilt, wird das Paket zunächst durch Beimengung für diese Langzeitwirkung dürfen die extrem hohe as trockener Eisenspate als Beschwerstoff selbsttauchend Feinteiligkeit und damit die lange Ausscheidungs- gemacht, d. h., es sinkt in der Pfanne zu Boden. Als dauer des Keims aus der Schmelze, das Vorliegen des Treibmittel sorgt eine Zugabe von stickstoffabgeben-Keims in festem Zustand und die erreichbare kolloi- den Salzgemischen für das Austreiben des Siliziumdale Verteilung ..'es Siliziumdioxids in der Schmelze dioxids aus der Büchse und eine gleichmäßige Verteiangenommen werden. Die Langz^twirkung des Impf- 30 lung des SiO₂ über den ganzen Pfanneninhalt.The use of the silicon dioxide with a partial additive in a tin can, which has a smell of a drift size of 5 to 100 mm prevents the decaying agent, is added to the pouring ladle. _{So that the SiO 2 is} well dispersed over the entire contents of the pan after inoculation, at least up to a casting time of 30 Mi- As causes, the package is first of all mixed in for this long-term effect and with it the long excretion is made, that is, it sinks to the bottom in the pan. As the duration of the germ from the melt, the presence of the propellant ensures an addition of nitrogen-emitting germ in the solid state and the achievable colloidal salt mixtures for the expulsion of the silicon dioxide distribution .. 'it silicon dioxide in the melt from the can and a uniform Be accepted. The long-term effect of the inoculation of the SiO ₂ over the entire contents of the pan.

Claims

Patent claims:

1. Use of pyrogenic in the gas phase or by wet precipitation obtained silicon dioxide with a particle size of 5 up to 100 nanometers as a dosed nucleating melt additive for previously overheated melts for the production of cast iron.

2. Use of silicon dioxide according to claim 1 for the stated purpose, characterized in that the silicon dioxide of the melt in an amount of 10 to 100 g per Ton of cast iron, packed together with dried iron filings as a complaint and a nitrogen donating salt mixture, is added.