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MITEL ZUM BEHANDELN VON EINSELEGIERUNGSSCHMELZEN.
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Die Erfindung betrifft ein Mittel zum Behandeln von Eisenlegierungsschmelzen.
Insbesondere bezieht sich die erfindung auf körnige, mindestenb teilweise mit einen
bindemittelhaltigen Überzug aus pulvrigem Behandlungsstoff versehene metallische
Behanalungsmittel.
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Es ist in mder Gießereipraxis bekannt, Eisen/Kohlenstofftegierungsschmelzen
mit Impfmitteln zu behandeln, ul den Erstarrungsablauf der Schmelzen, die Ausbildungsform
des Graphits und die mecnanischen und technologischen Eigenschatten der Gußerzeugnisse
zu beeinflussen. Es ist üblich, die Behandlung der Schmelze während des Abstichs
in der Pfanne oder naon dem Abstich durch Einrfihren des Impfmittels durchzuführen,
wobei das Ziel der Behandlung sowohl eine Veränderung der Ausbildung von Lamellengraphit
und Kugelgraphit als auch eine Veränderung des Grundgefüges ( Ferrit- Perlit-Zementit
) sein kann. Die Behandlungsmittel werden. dblicherweise in körniger oder puiverisierter
Porn in die Schmelze eingebracht. Bekannte Stoffe zum Behandeln von Eisen/ Kohlenstoff-Legierungsschmelzen
sind
beispielsweise Silicium, Legierungen des Siliciums mit Erdalkaliumetallen und/oder
Magnesium, Seltenen Erdmetallen, Eisen, Zirconium, Nickel, Kupfer, Zinn, Mangan,
ferner Graphit.
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Sofern beisher mehrere und verschiedene Behandlungsmittel in die Schmelze
eingebracht wurden, geschah dies vorwiegend durch zeitliche oder örtlich getrennte
Einbringung. Aus der deutschen Patentanmeldung B 8969 (18 b 1/02) ist bekannt, eine
Impfbehandlung von Gußeisenschmelzen mit einem Mehrfachzusatz aus Schwefeleisen,
Ferromangan und Ferrosilicium durchzuführen. Ferner sind Legierungsbriketts für
Eisen-und Stahlschmelzen bekannt, die aus pulverförmigen Ferrolegierungen und Schwefelpulver
bindemittelfrei verpreßt sind ( DT-AS 1 926 403). Des weiteren bekannte Zusatzmittel
auf Bais von Calciumsilicium und Ferrosiliciummagnesium für Gußeisenschmelzen bestehen
aus feinkörnigen Calciumsilicium und Ferrosiliciummagnesium, welches mit im wesentlichen
Halogeniden der Alkali- , rdalkali- oder Seltenen Erdmetallen überzogen ist (DT-AS
1 800 447.).
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mach einem bekannten Vorschlag hat man auch schon Behandlungsmittel
für Gußeisenschmelzen vorgesehen, die einen Überzug aus feuerfesten Massen aufweisen,
um die Reaktionsheftigkeit zu mildern und eine Steuerung der Behandlung herbeizuführen
( DT-OF 1 758 768-). Es ist auch bekannt, Gemenge von verschiedenen Impfmittel zu
verwenden. Diese, als sog. Pfannen-Zusätze bekannten Behandllmgsstoffe bestehen
z.B. aus Mischungen von Ferrosilicium unterschiedlicher Körnung mit Graphit. Der
Nachteil derartiger Mischungen besteht in der inhomogenen Verteilung der Einzelkomponenten,
welche durch Lagerung, Abfüllung oder Transdport der Mischung hervorgerufen wird
und die Wirkungsweise des Behandlungsmittels stark beeinträchtigt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Behandlungsmittel für
Eisenlegierungsschmelzen bereitzustellen, das mehrere Funktionen bei einmaligen
Zusatz bewirkt und das in einfacher und
wirtschaftlicher Weise herzustellen
und zu handhaben ist.
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Das erfindungsgemässe Mittel zum Behandeln von Eisenlegirerungsschmelzen
ist dadurch gekennzeichnet, daß es aus körnigem, mindestens teilweise mit einem
bindemittelhaltigen Überzug aus pulvrigem Behandlungsstoff versehenen metallischen
Behandlungsmittel besteht. Dabei kann die stoffliche Zusammensetzung des pulvrigen
Überzugsmaterials und des körnigen Behandlungsmittels, also des eigentlichen Kernes,
gleich oder verschieden sein. Vorteilhaft ist die stoffliche Zusammensetzung des
Überzuges verschieden von dem des Kerns, um verschiedene Behandlungsziele in einem
Verfahrensschrift durchführen zu können.
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Im allgemeinen liegt das Behandlungsmittel in einer Körnung von 1,0
bis 15 mm vor, vorzugsweise in der Körnung von 1 bis 8 mm Durchmesser. Bei solchem
Korn kann es sich sowohl Um gebrochenes Kern als auch um in geeigneter Weise z.B.
durch Versprühen von flüssigem Metall, hergestelltes annähernd kugelförmiges Korn
handeln. Zur Herstellung eines guten und gleichmässigen Überzuges hat es sich als
zweckmässig erwiesen, das pulvrige Behandlungsmittel in einer Feinheit von weniger
als 1 mm zu verwenden, vorzugsweise in einer Teilchenfeinheit von 0,01 bis 0,5 mm.
Die Schichtdicke des Überzuges liegt dabei zwischen 0,01 und 1,5 mm. Sie ist abhängig
von der Körnung des pulvrigen Überzugmittels und von der Dauer des Mischvorganges.
Der Überzug muß einerseits haftfest auf dem körnigen Behandlungsmittel aufgebracht
sein, um keine Entmischung der Komponenten während der Lagerung oder des Transportes
herbeizuführen. Andererseits muß die Bindung bei der Schmelztemperatur der Eisenlegierung
leicht zerstörbar sein, um die Wirkung der verschiedenen Komponenten nicht zu behindern.
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Zu Erfüllung dieser Bedingungen sieht die Erfindung die Verwendung
von zweckmässig organischen Bindemitteln vor, wie durchplastischen Kondensationsharz,
z.B. Phenol-, Hanrstoff-oder Furanharzen, ferner Stärke-, oder Zellulosebinder,
thermoplastische
Harze, zweckmässig in Form wässriger Disperionen, schliesslich auch anorganische
Binder, wie Wasser glas oder saure Aluminiumorthophosphate. Die Reaktivität des
anorganischen Bindemittels ist selbstverständlich für den jeweiligen verwendeten
Behandlungsstoff zu berücksichtigen.
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Der Anteil des Bindemittels im Überzug liegt je nach Art des verwendeten
Bindemittels bei 0,1 bis 5 pt.
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Zur Herstellung des erfindungsgemässen Behandlungsmittels werden an
sich bekannte Mischvorrichtungen, wie Zwanfsumlauf-oder Durchlaufmischer, verwendet.
Dabei wird das Material für die Überzugskomponente in der entsprechenden Menge sowie
für die Kernkomponente in für den beabsichtigten Zweck entsprechender Menge in die
Mischvorrichtung eingebracht und mit dem Bindemittel unter steter Bewegung vermischt.
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Gegebenenfalls wird dem im allgemeinen flüssigen Bindemittel ein Härtungsmittel
zugesetzt; bei Verwendung von Furanharz z.B. Paratoluolsulfonsäure oder Phosphorsäure.
Die Mischdauer richtet sich nach der Stärke des aufzubringenden Überzuges.
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Anhand einfacher Proben des Mischgutes lässt sich dabei der jeweilige
Zustand und die Stärke des Überzuges ermitteln.
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Der feinpulvrige Überzug kann die gesamte Oberfläche des grobkörnigen
Gutes bedecken, in aller Regel wird der Überzug jedoch mindestens teilmfeise die
Kornoberfläche bedecken.
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Das erfindungsgemässe Behandlungsmittel liegt als körniges, rieselfähiges
Produkt vor.
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Im Sinne der Erfindung werden unter Behandlungsmitteln Stoffe verstanden,
die eine oder mehrere Wirkungen in Gußeisenschmelzen herbeiführen, wie a) Veränderung
.der Ausbildung des Lamellengraphits, z.B. A-Graphit statt D-Graphit, b) Ausbildung
des Graphits,in kugeliger Form, c) Veränderung der Graphitk0igelgröße und Anzahl
der Kugeln pro Volumeneinheit, d) Verinderung des Grundgefüges,
e)
Stabilisierung, des lterlits, f) Unterdrückung der 'gemen-tit-Bildung, g) Aufschwefelung
der Schmelze.
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Zur Erhöhung des Schwefelgehaltes von Gußeisenschmelzen werden schwefelhaltige
Behandlungsmittel verwendet, die bei der Herstellung spezieller Gußeisensorten mit
La1nellengraphit Anwendung finden, Hier kann das erfindungsgemäße Behandlungsmittel
dazu dienen, einen zur Erzielung bestimmter Gefügeausbildungen zu niedrigen S-Gehalt
der Basiseisenschmelze in treffsicherer Weise einzustellen, Geeignete Überzugsstoffe
des Behandlungsmittels für diesen Zweck sind pulvriger Pyrit, pulvriges Schwefeleisen
oder Schwefelpulver, Der S-Gehalt eines solchen Behandlungs mittels kann bis zu
50 /o, bezogen auf das Gesamtgewicht des Behandlungsmittels, betragen. Im allgemeinen
beträgt er nicht weniger als 1 % und liegt vorzugsweise bei 1 bis 15 % Perner werden
im Sinne der Erfindung unter Behandlungsmitteln solche Stoffe verstanden, welche
die Abscheidungsform des Graphits in Gußeisenschmelzen verändern und insbesondere
die, Abscheidung von Graphit in kugelförmiger Gestalt bewirken.
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Demgemäß kann das erfindungsgemäße Mittel zur Behandlung von Eisenlegierungsschmelzen
auch in vorteilhafter Weise zur Erzeugung von Gußeisen mit Kugelgraphit dienen.
Hierbei wird beispielsweise ein Behandlungsmittel vorgesehen, dessen Kern aus einer
magnesiumhaltigen Ferrosilicium-Legierung und dessen Bindemittel-haltiger Überzug
aus fein gepulvertem Ferrosilicium besteht. Für den gleichen Zweck kann auch ein
erfindungsgemäßes Behandlungsmittel eingesetzt werden,-das aus einem Kern aus annähernd
kugelförmigem Magnesiummetall von 2 bis 6 mm Durchmesser und einem Überzug aus feinpulvrigem
Ferrosilicium aufgebaut ist. Weiterhin kann zur Dämpfung der
Heftigkeit
der Magnesiumreaktion ein Behandlungsmittel hergestellt werden, das im Kern einen
höheren Magnesiumgehalt als im Material des Überzuges aufweist, wozu beispielsweise
Ferrosiliciumlegierungen unterschiedlichen Magnesiumgehaltes dienen können, beispielsweise
kann das körnige Ferrosilicium des Kerns ca. 30 % Magnesium enthalten, während das
feinpulverige F errosilicium des Überzuges etwa 5 /o Magnesium enthält.
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Das körnige Behandlungsmittel kann aus Silicium, Ferrosiliciwri, Magnesium,
Zinn oder Legierungen des Siliciums mit wenigstens einem der Metalle Calcium, Strontium,
Magnesium, Eisen, Seltene Erdmettale, Zirconium, Kupfer, Nickel, Zinn oder Molybdän,
bestehen. Für den pulvrigen Behandlungsstoff des bindemittelhaltigen Überzugs des
erfindungsgemässen Mittels werden unter Berücksichtigung der unterschiedlichen Funktionen
Graphit, Schwefel, Schwefeleisen, Pyrit oder legierungen des Siliciums-mit wenigstens
einem der Metalle Eisen, Calcium, Strontium, Magnesium, Seltene Erdmetalle, Kupfer,
Zinn, Nickel, Molybdän, eingesetzt.
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Das erfindungegemässe Mittel zur Behandlung von Eisenlegierungsschmelzen
weist Vorte-ile auf, Das komplexe, aus einem Kern und einem Überzug bestehende Mittel
ist aus den Einzelkomponenten in einem Mischprozess hunter Mitverwendung eines Bindemittels
leicht herstellbar und zeigt keine mntmischungserscheinungen bei Transport und Lagerung,
es ist körnig und frei-'fließend und neigt nicht zum Verbacken.
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Das ertindungsgemässe mittel kann ferner aus Komponenten hergestellt
werden, die sich nicht miteinander legieren lassen oder deren Begierungsherstellung
mit erheblichen Gefahren verbunden ist. Das erfindungsgemässe Mittel kann aufgrund
seines unterschiedlichen Aufbaues von Kernmaterial und Überzugematerial verschiedene
und gezielte Wirkungen in einem Behandlungsgang herbeiführen.
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Die Erfindung wird in den Beispielen näher erläutert.' Beispiel 1
Zur Herstellung eines schwefelhaltigen Impfmittels werden folgende Komponenten iu£'d
Mengen in einem mit 20 Umdrehungen pro Minute laufenden kippbaren Trommelmischer
bei Raumtemperatur ca. 7 min innig gemischt:' 79,6 kg PeSi 90, Körnung 2-6 mm 20,0
kg FeS, Körnung 0,01-0,1 mm 0,4 kg Binder, eingebracht über 5 kg Binderlösung.
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Der Binder besteht aus einer 8%igen Lösung von Quellbinder ( Zellulosebinder)
in Wasser. Mit der Binderlösung wird eine schnelle und gleichmässige Verteilung
des Binders erreicht.
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Nach dem Mischen werden die überzogenen B'eSi-Körnel einer Trocknung
mittels Warmluft unterzogen, wodurch Abbindung und ein abriebfester Überzug erreicht
wird.
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Das in der beschriebenen Weise hergestellte Behandlungsmittel enthält
ein Schwefeleisen mit 30 % S, so daß der S-Gehalt 6,0 %, bezogen auf das Gesamtgewicht
des Behandlungsmittels, beträgt. Vorzugsweise enthält ein Behandlungsmittel diesen
Type 1 bis 15 % S, bezogen auf das Gesamtgewicht. Ein solches ,S-haltiges Behandlungsmittel
findet vorteilhaft bei der Herstellung spezieller Gußeisensorten mit Lamellengraphit
Anwendung, bei denen der S-Gehalt zur Erzielung bestimmter Gefügeausbildungen zu
niedrig ist.
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Es kann z.B. vorteilhaft angewendet werden, wenn ein voll perlitisches
Gefüge gewünscht wird. Mit dem erfindungsgemässen Behandlungsmittel ist es möglich,
neben dem Impfeffekt eine gezielte Aufschwefelung in der gewünschten Größenordnung
zu erreichen. Dabei wird durch Variation der Zugabemenge des Béhandlungsmittels
der gewünschte S-Gehalt der Schmelze beim Abstich eingestellt. Eine Zugabemenge
von z.B. 0,5 % des
in der beschriebenen Weise hergestellten Behandlungsmittels
bewirkt eine Aufschwefelung um ca. 0,03 % Schwefel.
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Beispiel 2 In diesem Beispiel wird ein Behandlungsmittel hergestellt,
welches zur Korrektur des Mangangehaltes von Gußeisenschmelzen bei gleichzeitiger
Impfung zwecks Grauerstarrung verwendet; wird: 59,4 kg FeSi 90, Körnung 2-6 mm 40
kg FerroMn 75, Körnung 0,05-0,15 mm 0,6 kg Binder, eingebracht durch 7,5 kg einer
8%igen Binderlösung ( Quellbinder aus Zellulose).
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Die Mischung wird im Zwangsumlaufmischer ca. 5 min innig bei Raumtemperatur
vermischt und danach aus dem Mischer ausgetragen. Die Körner des Behandlungsmittels
enthalten 30 % Mn, bezogen auf das Gesamtgewicht des Behandlungsmittels. Nach der
Trocknung bei ca. 100°C ist der pulverförmige Überzug abriebfest mit dem Korn verbunden.
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Bei einer Zugabe von 1 -% dieses Behaiidlungsmittels werden 0,3 %
Mn in die Schmelze eingebracht. Die Zugabe erfolgt beim Abstisch der flüssigen Gußeisenschmelze
aus dem Ofen oder Vorhard.
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Beispiel 3 In diesem Beispiel wird ein Behandlungsmittel mit einem
Mangangehalt von 30 7o durch Mischen folgender Stoffe und Mengen hergestellt: 58,8
kg PeSi 90, Körnung 0,01 - 0,1 mm 40 kg FerroMn 75, Körnung 4 - 8 mm 1,2 kg Binder,
eingebracht über 15 kg 8C;ige Binderlösun ( Zellulose-Quellbinder Die Stoffe werden
in einem Zwangsumlaufmischer bei Raumtemperatur ca. 8 min innig vermischt und dann
aus dem Mischer ausgetragen.
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Nach einer Trocknung mit Warmluft enthält dieses Behandlungsmittel
30 % Mangan.
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Beispiel 4 In diesem Beispiel wird ein säuregehärteter Kunstharzbinder
eingesetzt. In einem Durchlaufmischer wurden 31,5 kg FeSi 90, Körnung 0,05 - 0,2
mm 64,5 kg Serroido 62 , Körnung 1 - 5 mm 2,5 kg Furanharz 1,5 kg Paratoluolsulfonsäure
bei Raumtemperatur innig gemischt und die ausgetragene Mischung an luft bei Raumtemperatur
getrocknet. Die abriebfeste Bindung des Ferrosiliciums an das gröbere Korn erfolgte,
durch Aushärtung des verwendeten Buranharzbinders.mit Paratoluolsäure.
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sulfon Das auf diese Weise hergestellte Behandlungsmittel enthält.
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40 % Molybdän und 28,3 % Silicium und ist geeignet zum legieren von
Gußeisenschmelzen bei gleichzeitiger Impfung durch Silicium.
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Beispiel 5 In diesem Beispiel wird die Herstellung und Verwendung
eines Behandlungsmittels zum Entsehwefeln von Gußeisenschmelzen durch Magnesium
bei gleichzeitiger Impfung zum Zwecke der Grauerstarrung beschrieben, wobei der
Schwefel durch Magnesium als Magnesiumsulfid abgebunden wird.
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Folgender Ansatz wurde in einem Umlaufmischer bei Raumtemperatur gemischt
und die Mischung zur Aushärtung bei Raumtemperatur aus dem Mischer -ausgetragen:
47 kg FeSi 75, Körnung 2 - 5 mm | 48 kg FeSiMg 10, Körnung 0,03- 0,2 mm 9 kg Furanharz
2 kg Paratoluolsulfonsäure.
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Das in dieser Mischung verwendete FeSiMg 10 besteht aus 10 % Magnesium,
47 % Silicium, 2 % Calcium und Rest Eisen.
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Das Behandlungsmittel hat nach dem Mischen und Aushärten einen End-Magnesium-Gehalt
von 4,8 % und einen Siliciumgehalt von ca. 58 /%. Dieses Behandlungsmittel wird
z.B. beim Abstich des Plüssigeisens auf den Pfannenboden gelegt und überschüttet.
Es wirkt zunächs-t der Magnesiumgehalt des Kornüberzuges als Entschwefelungsmittel
und, wenn die äussere Hülle abgeschmolzen ist, das im Kern befindliche PeSi 75 als
Impfmittel. Man kann mit diesem Behandlungsmittel Graugußschmelzen ent.sciiwefeln
und gleichzeitig impfen, um die Bildung von Fe30 zu unterdrücken. Bei einer Behandlungsmenge
von 1 t Gußeisenlegierungsschmelze mit einem ursprünglichen Schwefel-Gehalt von
0,115 % wurde bei Zugabe von 1,5 % des Behandlungsmittels eine Entschwefelung der
Gußeisenschmelze auf 0,062 % Schwefel erreicht. Gleichzeitig erfolgte eine Erhöhung
des Siliciumgehaltes der Schmelze um 0,81 %.
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Die Schmelze wurde in einem Verfahrensschritt entschwefelt und geimpft.
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Beispiel 6 In diesem Beispiel wird erstellung und Verwendung eines
Be- -handlungsmittels beschrieben, das für die Herstellung von Gußeisen mit Kugelgraphit
geeignet ist. In einem Umlaufmischer werden folgende Komponenten und Mengen bei
Raumtemperatur gemischt: 60,3 kg FeSiMg 30, Körnung 1 - 8 mm 39,0 kg PeSi 45 Körnung
0,2- 0,1" 0,7 kg Binder, eingebracht über 8,75kg 8 %ige Binderlösung (Zellulose-Quellbinder).
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Das verwendete FeSiMg 30 hatte die Zusammensetzung 31,5 % Magnesium,
4,2 0 Calcium, 53 o Silicium, Rest Eisen.
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Das innig gemischte Produkt wurde aus dem Mischer ausgetrager und
bei Temperaturen von ca. 110°C getrocknet. Das Behandlungsmittel wies einen abriebfesten
Überzug von Ferrosilicium in einer Dicke von 0,5 --1,5 mm auf. Der in dem Behandlungsmittel
insgesamt enthaltene Magnesiumanteil betrug 19 %.
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Dieses Behandlungsmittel für Gußeisenschmelzen ist zur Abscheidung
des Graphits in kugelförmiger Gestalt geeignet. Die Umhüllung aus PeSi 45 wirkt
dabei als Reaktionsbremse. Gleichzeitig bewirkt das FeSi 45 eine Impfung der Gußeisenlegierungsschmelze.
Bei, einer Zugabe von 1,1 % dieses, vor dem Abstich der Schmelze auf den Pfannenboden
gelegten Behandlungsmittels wurde bei einer gemessenen Eisentemperatur von 146000
eine Kugelgraphitausbildung von 90 7o erreicht.
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Beispiel 7 Körnung 25 kg Mg-Metall in Kugelfcrm, 2,0 - 3,0 mm 74,4
kg FeSi 75, Körnung 0,01 - 0,12 " 0,6 kg Binder, eingebracht über 5 kg 8 %ige Binderlösung
(Zellulose-Quellbinder).
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Der Mg-Gehalt dieses Mittels zur Behandlung von Gußeisenschmelzen
für die Herstellung von Kugelgraphiteisen betrug 24,9 o/o. Bei einer Zugabe von
0,85 9 des Behandlungsmittels , das auf den Boden der leeren Gießpfanne eingelegt
war, wurde in den abgegossenen Gußstücken ein Rest-Mg-Gehalt von 0,066 % bestimmt.
Der abgeschiedene Graphit war zu 85 % kugelförmig.
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Beispiel 8 30 kg FeSiMg 30, Körnung 2 - 5 mm 69,6 kg FeSiMg 5, Körnung
G,01 - 0,1 " 0,4. kg Binder, eingebracht über 3 kg 8%ige Binderlösung (Zellulose-Quellbinder).
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.Das verwendete FeSiMg 30 hatte folgende Zusammensetzung: 31,0 % Magnesium,
4,4 % Calcium, 54 apç Silicium, Rest Eisen.
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Das verwendete FeSiMg 5 hatte folgende Zusammensetzung: 5,3 % Magnesium
2,1 % Calcium, 48,3 % Silicium, Rest Eisen.
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Der Mg-Gehalt des körnigen, trockenen Behandlungsmittels wurde zu
12,95 X0 bestimmt. Bei der Behandlung von Eisenschmelzen, wobei das Mittel mit der
Gußeisenschmelze übergossen wurde, ergab sich zu 95 ffi eine kugelige Graphitausbildung.
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Die Zugabemenge betrug bei 1485°C Behandlungstemperatur 1,48 %.
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Beispiel 9 85 kg PeSi 90, Körnung 2 - 8 mm 14,5kg Sn Körnung 0,01
- 0,5 mm 0,5kg Binder eingebracht über 5 kg 8%ige Binderlösung ( Zellulose-Quellbinder).
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Dieses im Mischer aufbereitete und getrocknete Behandlungsmittel dient
zum Impfen von Gußeisenschmelzen, wobei Zinn als Perlitstabilisator wirkt. Bei einer
Zugabe vou 0,6 % dieses Behandlungsmittels wurde bei GG in Wandstärken von 185 mm
ein voll perlitisches Gefüge mit einer Härte von 208 HB erzielt.
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Patentanspüche