DE2227348C2 - Ferrosiliciumlegierung - Google Patents

Description

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Aus der deutschen Patentschrift 1 212 733 ist bereits eine Ferrosiliciumlegierung in Pulverform mit glatter, abgerundeter Oberfläche und einer Dichte von über 7 g/ccm, insbesondere zur Herstellung von Schweretrüben für die Schwimm-Sink-Aufbereitung von Mineralien, bestehend aus 8 bis 15°,, Silicium, 0,5 bis 5% Nickel, 1,4 bis 5"_u Kupfer, Rest im wesentlichen Eisen, bekannt. Aus der deutschen Patentschiift 1 246 474 ist weiterhin bekannt, daß derartige 1 errosiliciumpulver als Fül'stoff in Zerfallgeschossen für Geschütze verwendbar sind.

Die genannten Anwendungsbereiche setzen eine besonders hohe Korrosionsbeständigkeit des Ferrosiliciumpulvers voraus, doch konnten die bekannten, mit Kupfer und Nickel legierten Ferrosiliciumpu'* er in dieser Hinsicht nicht voll befriedigen. Gerade bei der Verwendung als Füllstoff in Zerfallgeschossen, sogenannte Übungs- oder Manövermiinilion, und als Verdämmstoff zur gefahrlosen Aufnahme des Rückstoßes, z. B. bei Panzerfäusten, ist die Korrosionsbeständigkeit von großer Bedeutung, weil das Pulser infolge der Korrosion verklumpt und nicht mehr sofort nach Verlassen des Geschützrohres zerfällt, wodurch es zu einer erheblichen Gefahr werden kann.

überraschenderweise wurde nun gefunden, daß man ein ganz erheblich korrosionsbeständigeres Pulver erhält, wenn man der bekannten Fe-Si-Cu-Ni-Legerung Phosphor in bestimmten Mengen zulegicrl. Hierbei tritt 1 eine Verschlechterung der übrigen, für die verschiedenen Anwendungsbereiche notwendigen Pulvereigenschaften, wie magnetische Eigenschaften, Abriebfestigkeit, Viskosität der Schwerelrübc, sowie glatte, abgerui dete, vorzugsweise kugelige, Vorm der Teilchen ein.

AW Maß für die Korrosionsfestigkeit dient die Bestimmung der durch Rost verursachten Gewichtszunahme der Legierungspulver. Dabei zeigte es sich, daß die Gewichtszunahme der erfindungsgemaßen phosphorhaltig Legierung nur etwa 7.0 bis V«, der Gewichtszunahme bei den bekannten, im wesentlichen phosphorfreien Legierungen beträgt.

Im einzelnen betrifft die Erfindung eine Ferrosiliciumlegierung in Pulverform mit glatter, abgerundeter Oberfläche, einer Dichte von über 7 g/ccm und einem Gehalt an 8 bis 15°,, Silicium, 0,5 bis 5°„ Nicke! und 1,4 bis 5°„ Kupfer, welche durch einen zusätzlichen Gehalt an 0,3 bis 2,5, sorzugsweise 1 bis 1,5'·,. Phosphor gekennzeichnet ist. Ein Gehalt an 0,02 bis 2 °„ Kohlenstoff kann ohne Schaden zugelassen werden. Die erfindungsgemaßen Ferrosiliciumlegierungen kennen beispielsweise als Schwerstoff in wäßrigen Schweietrüben für die Schwimm-Sink-Aufbereitung von Mineralien, als Füllstoffe in Zerfallgeschossen für Geschütze sowie aJs Füllstoffe für Verdämm-Munition verwendet werden.

Die erfindungsgemäCen Legierungen können in einem elekcrothermischen Reduktionsofen aus den Ausgangsstoffen Eisen, Kupfer, Nickel, Quarzkies, Kohle und Ferrophosphor oder in einem Induktionsofen aus den Ausgangsstoffen Fisen. Kupfer, Nickel, Ferrosilicium und Ferrophosphor bei 12C0 bis 1650 C erschmolzen und in schmelzflüssigem Zustand in an sich bekannter Weise mit Hilfe von Wasser, Wasserdampf oder Luft mit 2 bis 30 ata Druck zerstäubi werden. Die feimerteilten, noch schmelzflüssigen Tröpfchen werden in Wasser abgeschreckt, vorentwässeii, getrocknet und gesiebt. Solche Pulverteilchen sind überwiegend kompakt und besitzen eine abgerundete, glatte Oberfläche und eine kugelige, tropfenförmige oder langgestreckte Form. Die Korngrößen des Pulvers liegen zwischen etwa 0,001 und 0.4 mm. wobei die Korngrößenverteilung sehr gleichmäßig ausfällt, so daß sich die Siebkirven im Rosin-Rairmler-Diagramm praktisch als Gerade darstellen Iass-en.

Die erfindungsgemäße Legierung weist einen Kupfergehalt auf, der oberhalb der Löslichkeitsgrenze \on Kupfer in \-Eisen liegt. Nach M.Hansen. Constitution of Binary Alloys (McGraw-Hill Book Company. New York, 1958), liegt diese Lcslichkeitsgrenze bei 1,4",, Kupfer bei 850 C. Kupfer und Eisen sind in flüssigem Zustand vollständig ineinander löslich: Die Trennung in zwei Phasen erfolgt erst bei der Erstarrung unter Ausscheidung von Kupfer aus dem y-Eisen und anschließend aus der \-Modifikation. Durch die Technik heim Zerstäuben gelingt es, die Lösung des Kupfers in der Eisen-Silicium-Legierung zu erhalten. Beim Abschrecken aus dem Schmelzfluß wird der Lösungszusland der sdimelzflüssigen Phase weitgehend eingefroren

Die erfindungsgemäße kupferhaltige Legierung kann nicht durch Gießen in Formen hergestellt werden, weil beim langsamen Abkühlen die Ausscheidung des Kupfers unvermeidbar wäre. Man kann die erfindungsgemäße Legierung in feinverteilter Form aber auch, dadurch herstellen, daß man die erschmolzene Legierung zunächst in Formen abgießt und erkalten läßt und anschließend durch Vermahlung in festem Zustand in Pulverform überführt. Dieses so erhaltene kupferhaltige Ferrosiliciumpulver führt man jetzt in an sich bekannter Weise, gegebenenfalls unter Druck und mit Hilfe eines Verdüsungsmitteis, durch eine Erhitzungszone, z. B. eine Flammzone. Dabei müssen

die Teilchen mindestens oberflächlich rund geschmolzen werden. Die Veiweilzeit in der Erhitzungszone muß so groß sein, daß der Kupfergehalt bei Temperaturen oberhalb 850 C in Lösung geht. In einer anschließenden Kühl- und Abschreckzone wird dieser Zustand eingefroren.

Die aus der deutschen Patentschrift 1 212 733 bekannten phosphorfreien Ferrosiliciumlegierungen mit 8 bis 15% Silicium konnten bisher nur nach dem teuren Verfahren im Induktionsofen erschmolzen werden, damit der Kohlenstoffgehalt möglichst gering war, beispielsweise 0,3°;. Mit zunehmendem Kohlenstoffgehalt nahm die Korrosionsbeständigkeit ab. Es ist n>m ein bedeutender und nicht vorhersehbarer Vorteil der erfindungsgemäßen phosphorhaltigen Ferrosiliciumlegierung, daß Kohlenstoffgehalt bis zu 2°„ ihre Korrosionsbeständigkeit nicht beeinträchtigen. Das bedeutet aber, daß die phosphorhaltig Ferrosiiiciumlegierung nach dem viel billigeren, an sich bekannten Verfahren im eJeklrothejmischen Reduktiönsofen erschmolzen werden kann, wobei Legierungen mit etwa 1 bis 2%, Kohlenstoff anfallen.

Außer Kohlenstoff können die Eisen-Kupfer-Nickel-Silicium-Phosphor-Legierungen noch übliche technische Verunreinigungen an z. B. Mn, Al, Ti. Cr, Mo, V oder S in einer Menge von zusammen höchstens 3 Gewichtsprozent enthalten.

In den nachfolgenden Beispielen wurde zur Bestimmung des Rost-Index jeweils eine Porzellanschale mit 20 g Legierungspulver und 5 ml destilliertem Wasser 75 Minuten lang in einen Trockenschrank von 1Ü5C gestellt. Nach einer Abkühlungszeit von jeweils 25 Minuten wurde dieser Tränkungs- und Verdampfungsvorgang noch dreimal wiederholt. Anschließend wurde die prozentuale Gewichtszunahme bestimmt.

Beispiel 1

In einem elektrothermischen Reduktionsofen wurden 7!?0 kg Eisenspäne (Schaufelware), 350 kg Quarzkies (Durchmesser: 5 bis 45 rr.m), 175 kg Koks (Durchmesser: 60 bis ICO mm), 38 kg Kupferabfäile, 38 kg Nickelabfälle und 75 kg Ferrophosphcr mit 20% Phosphor (Durchmesser: Faustgroß) eingeschmolzen und die 1550" C heiße Schmelze einer Zerstäubungseinrichtung zugeführt. Die Zerstäubung erfolgte durch eine Ringschlitzdüse mit Wasserdampf \on 12 atü. Das Pulver wurde in Wasser aufgefangen. Nach dem Entwässern und Trocknen wurde im Laboratorium durch Bestimmung des Restindex festgestellt, daß das gewonnene Ferrosiliciumpilver (Produkt »Bc) eine sehr gute Korrosionsbeständigkeit besitzt. Der Vergleichsversuch »A« wurde mit einer auf analoger Weise hergestellten phosphorfreien, verdüsten Ferrosiliciumlegierung durchgerührt.

Pyknometerdichte (g/ml) 7,14 7,18

Schüttdichte (g/ml) 3,80 3,94

Rostindex

Gewichtszunahme in °_Λ 1,50 0,04

Si (%) 12,10 12,20

Cu(%) 3,60 3,50

Ni (%) 3,70 3,60

P(%) 0,05 1,40

C(%) 1,21 1,20

Rest Eisen und übliche technische Verunreinigungen

Kornverteilung des Ausgangsmaterials in %:

>0,lC0 mm 4,8 5,0

0,063 bis 0.,1CO mm 10,5 10,5

■<0,C63mm 84,7 84,5

Beispiel 2

In einem Induktionsofen (Netzfrequenztiegelofen) wurden 780 kg Eisenschrott, 180 kg Ferrosilicium mit Gewichtsprozent Si, 38 kg Kupferabfälle, 38 kg Nickelabfälle und 75 kg Ferrophosphor mit 20 Gewichtsprozent Phosphor eingeschmolzen.

Die Schmelze wurde unter den gleichen Bedingungen wie im Beispiel 1 zerstäubt und im Laboratorium untersucht (Produkt »D«). Der Vergleichsversuch »O wurde mit einer auf analoger Weise hergestellten phosphorfreien, verdüsten Ferrosiliciumlegierung durchgeführt.

Produktbezeichnung A I B

Pyknometerdichte (g/ml)

Schüttdichte (g/ml)

Rostindex

Gewichtszunahme in %

CuCJ₁₁)

Ni (%)

Rest Eisen und übliche technische

Verunreinigungen
Kornverteilung des Ausgangsmaterials in %:
>0,lC0 mm

0,063 bis 0,1CO mm

<O,O63 mm

Produktbezeichnung C I D

7,17 3,81

1,36 12,40 3,70 3,80 0,05 0.20

5,4 10,6 84,0

7,21 3.90

0,03 12,30 3,60 3,70 1,24 0,20

5,2 10,5 84,3

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Fcrrosiliciumlegierung in Pulverform mit glatter, abgerundeter Oberfläche, einer Dichte von über 7 g/ccm. dadurch gekennzeichnet, daß sie aus 8 bis 15 °_u Silicium, 0,5 bis 5°_u Nickel und 1,4 bis 5% Kupfer, wobei der Gesamtgehalt an Nickel und Kupfer über 3% liegt, 0,3 bis 2,5 "„ Phosphor, Rest Eisen und herslellungsbedingten Verunreinigungen, besteht.

2. Ferrosiliciumlegierung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Gehalt an 1 bis 1,5",, Phosphor.

3. Ferrosiliciumlegierung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Gehalt an 0,02 bis 2"„ Kohlenstoff.

4. Verwendung einer Ferrosiliciumlegierung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3 als Schwerstoff in wäßrigen Schweretrüben für die Schwimm-Sink- ao Aufbereitung von Mineralien.

5. Verwendung einer Ferrosiliciumlegierung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3 als Füllstoff in Zerfallgeschossen für Geschütze.

6. Verwendung einer Ferrosiliciumlegierung cemaß einem der Ansprüche 1 bis 3 als Füllstoff für Verdämm-Munition.