DE2011724C3 - Verfahren und Vorrichtung zum Behandeln von geschmolzenem Metall durch Zugabe von Zuschlagstoffen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Behandeln von geschmolzenem Metall durch Zugabe von Zuschlagstoffen, insbesondere zum Herstellen von Gußeisen mit Kugelgraphit. Außerdem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens.

Zum Verbessern der Eigenschaften von Metallen und insbesondere Gußeisen ist es bekannt, dem geschmolzenen Metall Zuschlagstoffe wie bestimmte Legierungen zuzugeben. Beispielsweise ist es aus der GB-PS 32 056 bekannt, geschmolzenes Gußeisen beim Durchlaufen durch das Eingußsystem von Gießformen mit Impfmittel in Kontakt zu bringen, jedoch ist dabei nicht sichergestellt, daß das über das Impfmittel durch das Eingußsystem laufende Gußeisen von Anfang bis Ende gleichförmig Impfmittel aufnimmt, da dieses in Form mehr oder weniger großer Stücke eingegeben wird, deren Oberfläche sich mit der Zeit verringert, so daß am Anfang des Gießvorganges verhältnismäßig mehr Impfmittel von der Schmelze aufgenommen wird als am Ende des Gießvorganges.

Aus der US-PS 26 77 609 ist es bekannt durch ein Eingußsystem strömendem geschmolzenem Gußeisen zur Kugelbildung des Graphits geeignete Zuschlagstoffe zuzugeben, jedoch werden die Zuschlagstoffe auf die Oberfläche der fließenden Schmelze aufgegeben und müssen mit Hilfe eines Rührwerkes in der Schmelze verteilt werden, was zwangsläufig zu Ungenauigkeiten bei der Behandlung führt. Auch besteht der Nachteil, daß die leicht flüchtigen Zuschlagstoffe nicht vollständig in die Schmelze eindringen, sondern zu einem mehr oder weniger großen Teil sich verflüchtigen, bevor sie eingerührt werden können. Die Reaktion zwischen Zuschlagstoff und Schmelze ist daher unbestimmt.

Weiterhin ist es bekannt, die Zuschlagstoffe mit Hilfe von Lanzen unter den Spiegel des geschmolzenen Metalls einzuspritzen. Auch dadurch ist keine gleichmäßige Behandlung des geschmolzenen Metalls gewährleistet.

In allen bekannten Fällen besteht das Problem, daß für eine ausreichende Behandlung des geschmolzenen Metalles mit die Kugelbildung des Graphites bewirkenden Zuschlagstoffen ein verhältnismäßig großer Überschuß an kostspieligen Zuschlagstoffen erforderlich ist, d. h. die bei der Temperatur des geschmolzenen Metalles leicht flüchtigen und mit dem Metall heftig reagierenden Zuschlagstoffe werden nur ungenügend ausgenutzt. Auch sind die die Kugelbildung bewirkenden Zuschlagstoffe Karbid-Stabilisierer und führen, wenn sie dem geschmolzenen Metall in Überschuß zugegeben werden, dazu, daß das erstarrte Gußeisen hart und brüchig ist und dementsprechend seine Zähigkeit und Bearbeitbarkeit verschlechtert wird.

Auch bei Anwendung komplizierter und kostspieliger Vorrichtungen zum Zugeben der die Kugelbildung des Graphits bewirkenden Zuschlagstoffes können kaum mehr als 40 % der Zuschlagstoffe verwertet werden, während der Rest verloren geht, so daß die Herstellungskosten durch die verhältnismäßig teuren Zuschlagstoffe spürbar erhöht werden. Dieser Überschuß an Zuschlagstoffen führt auch dazu, daß die Oxid- und Silikatbildung zunimmt, was zu Verunreinigungen der fertigen Gußsuicke und durch Schaumbildung bedingten Fehlern führt. Auch ergeben sich unter der Oberfläche liegende Lunker und eine sogenannte Elefantenhaut einschließlich eines verstärkten Schrumpfens des Gußeisens beim Erstarrungsvorgang, was wiederum mit einem Verlust an physikalischen Eigenschaften und einer verringerter Formtreue der fertigen Gußstücke verbunden ist.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die die Kugelbildung von im geschmolzenen Metall enthaltenen Graphit bewirkenden Zuschlagstoffe insbesondere beim Verarbeiten kleinerer Mengen geschmolzenen Metalles zu verbessern und damit die Herstellungskosten zu senken.

Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Hauptanspruches gelöst, wobei dieses Verfahren vorzugsweise mit einer Vorrichtung gemäß Anspruch 3 durchgeführt wird. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Ansprüche 2 und 3 bis 7.

Gemäß der Erfindung wird der die Kugelbildung des Graphits bewirkende Zuschlagstoff in einer Kammer untergebracht, durch welche das geschmolzene Metall strömen muß, wobei die Abmessungen der Kammer und die Strömungsgeschwindigkeit und Menge des durchströmenden geschmolzenen Metaiies so aufeinander abgestimmt sind, daß die Kammer stets wenigstens so viel geschmolzenes Metall enthält, daß der in der Kammer befindliche Zuschlagstoff vollständig von geschmolzenem Metall überdeckt ist. Dadurch erreicht man, daß der Zuschlagstoff stets eine gleichgroße mit

crhmolzenen Metall in Kontakt kommende ^dem rf he aufweist so daß das gesamte durch die als °^bf^: „skammer zu bezeichnende Kammer strömenjr Meta., gleichförmig mit Zusch.agstoff _$

nReSnskammer hat einen Einlaß für das ,t nriP geschmolzene Metall und eine Auslaßöff-^ZUlaUfede en Abmessungen so gewählt sind, daß ^nun.^gl· ti Anbeginn an der in der Reaktionskammer ^Pf Hliche Ä& vollständig von geschmolze- .o ^befm StanXrdeckt ist und bis zum Ende des ^nem« rlanJs vom geschmolzenen Metall überdeckt °ΐ Man kannTgar den Auslaß der Reaktionskameinem Stopfen verschließen, damit sich die S e^P„t einmal mit geschmolzenem ._S

bewirkenden Zuschlagstoffes hängt von der Art der Reaktion und der gewünschten Steuerung der Auflosungsgeschwindigkeit des Zuschlagstoffes .m geschmolzenen Metall ab.^ ^ ^ _Ausfünrung_Sbeis_Pie> der erfindungsgemäßen Vorrichtung schematisch schaub.ld-

lieh dargestellt. . _nphb,_tpr

Das geschmolzene Metall gelangt aus einem Behalte oder einer Pfanne in e.ne Gießzone 1, welche as Sammelbehälter für geschmolzenes Me«.U,dient EJe Schmelze verläßt diese G.eßzone 1 durch emen Ausguß

2 and gelangt in e.ne Rinne 3, die: zu eine Reaktionskammer 4 führt. Die Reakt.onskammer 4 .st mit einem Deckel 5 versehen
Nachdem die Schmelze mit deir»

Luft vermieden und sichergestellt, daß die Reaktion

Beispiel 1

e,n= ,„en_e Atmosphäre _e,»u_ge„

eine Fi™»- und

, das in Fern, von Ä, _R„_k,i„„s_k,_m-

Ä^hnnr^ÄS

weil der Zuschlagstoff nicht auf einmal, sondern nach und nach im durch die Reaktionskammer hindurchfhe-Senden geschmolzenen Metall au gelost wird so daß dje Reaktion zwischen Zuschlagstoff und geschmolzenem

E-_gethaffen Id zu! Verändern der Wkrostruktur des Gußeisens genau erforderliche Menge Zuschlagstoff kontrolliert zuzugeben, so daß eine Uberbehandlung und die Gefahr von Schaumeinschlussen vermieden rHSEr^C-en^eÄ. nung: ^w»^rJ^un^_{r St fen entfernt}, sobald feststand, jedoch wurde diese P _{fc r ein} geeigneter

₄o f_K° f _au " Srnolzenem Metall gebildet hatte, so »Kopf« aus^ges ^ _Aus,_{aßoffnung aus der}

SStmmer ausströmte und schließlich in eine

^^^ _{Abmessungen der}

45 _Fjn ^B,^e'^d'^e _n7_A^Sfnung der Reaktionskammer direkt Emlaß-und Auriafc^ „_{de durchs}t_römende

^™ _abgS_stelh, so daß ein konstanter »Kopf«

nur 0.15 % Zuschlagstoff bei Anwendung der Erfindung in einem Fall erreicht, in welchem es Disher notwendig

Eine anscj ieu ^ _{daß das gesamte in}

d« behandeUen^ü _Kugelform überführt worden

und bis zu 2,5 «/ο zugesetzt, jedoch ergeben sich auch m diesem Falle bedeutende Einsparungen gegenüber dem zum Erzielen gleichartiger Endprodukte bei Anwendung des bekannten Standes der Technik erforderlichen

die Ku_ße.bi.dung von

G^hrh^öSn^MetaHe, Legierungen und sonstige Zuschlagstoffe und Gemische derselben η B e . s ρ ι e 1 2

geschmolzene Metall wurde von einem Elektro-^Dae^™™_{apezMt von} 3000 kg geliefert. Die Reaktionskammer befand sich,Jn einer ge trennten

_eine ^sekundäre Gießrmne, d.e auf

Schmelzofen, wobei dieser

kanalartig in die Einlaßöffnung der Reaktionskammer mündete. Der Auslaß der Reaktionskammer stand mit einem vorgeformten Fallrohr in Verbindung, welches das behandelte Metall in eine direkt unterhalb angeordnete Sammelpfanne leitete. In die Reaktionskammer wurden 7,5 kg eines Kugelbildungsgemisches eingegeben, was zu 20 % aus metallischem Magnesium, zu 50 % aus Calciumsilicid und zu 20 % aus Ferrosilicium, Rest Eisen, bestand, woraufhin man den lösbaren Deckel an der Reaktionskammer befestigte.

Das geschmolzene Gußeisen wurde dann aus dem Ofen in die sekundäre Gießrinne gegossen und strömte in die Reaktionskammer. Die Zufuhrgeschwindigkeit oder die Zufuhrmenge des geschmolzenen Metalles wurde so gesteuert, daß die Reaktionskammer während des gesamten Verfahrens stets gefüllt war. Die Auflösung des Kugelbildungsmittels und die Behandlung des Metalles erfolgt wie in Beispiel 1 beschrieben.

Eine Untersuchung des behandelten Metalles zeigte, daß das in ihm enthaltende Graphit vollständig in die Kugelform überführt worden war. Das fertige Gußeisen besaß eine Zugfestigkeit von 5355 kg/cm² bei 19% Dehnung. Das Gefüge besaß in diesem Falle eine weitgehend ferritische Struktur, was von der Zusammensetzung des Ausgangsmaterials im Verhältnis zur Querschnittsgröße der fertigen Gußstücke abhing.

Das behandelte Metall besaß einen Restgehalt an Magnesium von 0,048 %, was einer Rückgewinnung dieses Materials von 96 % entspricht.

Im Laufe der Entwicklung und Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung hat es sich unter gewissen Umständen als vorteilhaft erwiesen, die Reaktionskammer mit kohlenstoffhaltigem feuerfestem Material zu bauen, wodurch man eine reduzierende Atmosphäre in der Reaktionskammer erzeugt. Auch kann zweckmäßig ein inertes oder reduzierendes Gas verwendet werden, um die Luft aus der Reaktionskammer vor und während der Durchführung des Verfahrens herauszudrücken, wobei dieses Gas vorzugsweise durch eine Düse oder eine poröse Membrane eingegeben wird, die im entfernbaren Deckel der Reaktionskammer untergebracht sind. Eine andere Möglichkeit besteht darin, eine kleine Menge eines geeigneten Reaktionsmittels in der

ίο Reaktionskammer unterzubringen, das sich in Kontakt mit geschmolzenem Metall schnell und leicht zerlegt und eine inerte oder reduzierende Atmosphäre schafft. Beispiele hierfür sind Carbonate, feste Kohlenwasserstoffe. Pech und Kohleteer. Diese zusätzlichen Vor-

i] schlage bieten eine Sicherheit gegen Oxydation des Kugelbildungsmittels und sind besonders nützlich, um das Kugelbildungsmittel stets sicher mit geschmolzenem Metall abzudecken.

Die Erfindung wurde anhand der Zugabe von

to Kugelbildungsmittel zu flüssigem Gußeisen beschrieben, jedoch ist die Erfindung ebenso auf die Zugabe anderer Metalle, Legierungen oder Zuschlagstoffe zu geschmolzenem Metall anwendbar. Die Erfindung ist besonders dann vorteilhaft, wenn das zuzugebende

2j Zuschlagmittel hochgradig reaktionsfähig bei der Temperatur des geschmolzenen Metalles ist. Die Erfindung ist aber auch für das andere Extrem sehr vorteilhaft, nämlich wenn es schwierig ist, das Zuschlagmittel im geschmolzenen Metall aufzulösen.

Schließlich ist die Erfindung auch besonders vorteilhaft dann anwendbar, wenn es schwierig erscheint, eine gleichmäßige Auflösung der Zuschlagstoffe und eine homogene Behandlung des flüssigen Metalles zu erzielen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Behandeln von geschmolzenem Metall durch Zugabe von Zuschlagstoffen, insbesondere zum Herstellen von Gußeisen mit Kugelgraphit, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelze zur Behandlung durch tine luftdicht verschlossene, am Boden den Zuschlagstoff enthaltende Reaktionskammer strömt und in der Reaktionskammer zum Überdecken des Zuschlagstoffes aufgestaut wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der kugelgraphitbildende Zuschlagstoff in einer Menge von 0,15 bis 0,5 Gew.% des Gewichtes der Schmelze dieser zugegeben wird.

3. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Einguß (1) mit einer sich daran anschließenden Auslaßleitung (2) und eine Reaktionskammer (4) für die Zuschlagstoffe aufweist, die so angeordnet und dimensioniert ist, daß die Schmelze durch sie in derartiger Menge und/oder mit derartiger Geschwindigkeit strömt, daß die in der Reaktionskammer befindlichen Zuschlagstoffe stets vollständig von Schmelze überdeckt sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionskammer (4) ein fester Bestandteil der Ausgießrinne eines Schmelzofens, wie eines Kupolofens ist

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionskammer (4) mit dem Ausguß (1, 2) des die Schmelze sammelnden Behälters verbunden ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionskammer (4) ein Teil einer Gießrinne (1,2,3,7) ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionskammer (4) mit einem im wesentlichen gasdicht abschließenden Deckel (5) versehen ist.